基于TMS320C6713與XC3S1000的伺服控制電路的設(shè)計(jì)

米月琴

（中國航天科技集團(tuán)公司第十六研究所 陜西 西安　710100）

基于TMS320C6713與XC3S1000的伺服控制電路的設(shè)計(jì)

米月琴

（中國航天科技集團(tuán)公司第十六研究所 陜西 西安710100）

基于設(shè)計(jì)一款高性能通用型的伺服控制電路的目的，通過器件選型，方案設(shè)計(jì)，研制了一款采用DSP芯片TMS320C6713以及FPGA芯片XC3S1000為主芯片的電路，文中詳細(xì)敘述了控制信號(hào)處理板的設(shè)計(jì)思路、工作原理及數(shù)據(jù)接口，通過具體的各個(gè)電路模塊的設(shè)計(jì)和軟件編程實(shí)現(xiàn)了基于 DSP芯片TMS320C6713以及FPGA芯片XC3S1000的伺服控制電路的設(shè)計(jì)，從而驗(yàn)證了該伺服電路設(shè)計(jì)的有效性。

TMS320C6713；XC3S1000；電路設(shè)計(jì)；伺服控制

在伺服控制系統(tǒng)中，常常需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和信號(hào)處理，而伺服控制電路主要完成多路信號(hào)的采樣、轉(zhuǎn)換，并通過各種總線方式進(jìn)行通信。本文的研究對象是信號(hào)采集與數(shù)據(jù)通信技術(shù)，是信號(hào)處理的核心技術(shù)，綜合運(yùn)用了DSP、FPGA、A/D，D/A等技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種通用的伺服控制電路，該電路具有成本低、實(shí)現(xiàn)簡單、接口多，升級容易等優(yōu)點(diǎn)。

1　設(shè)計(jì)選型

該處理板采用DSP+FPGA平臺(tái)，DSP選用TI公司6000系列TMS320C6713，F(xiàn)PGA采用XILINX公司的SPARTAN-3 型100萬門芯片XC3S1000，具體原理框圖如圖1所示。

1.1DSP芯片TMS320C6713

TMS320C6713是32位浮點(diǎn)型數(shù)字信號(hào)處理芯片，具備高處理能力和低功耗特性。具有32位外部存儲(chǔ)器接口，但是由于該芯片內(nèi)部存儲(chǔ)空間有限，且不具備非易失性存儲(chǔ)單元，為了滿足設(shè)計(jì)需要，DSP模塊采用外接程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以實(shí)現(xiàn)大容量程序數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與交換。如圖1所示，其中外部FLASH芯片用于存儲(chǔ)和加載程序，該芯片選用AMD公司的32 Mbits芯片AM29LV320DT，采用16位加載方式，低電壓供電，滿足設(shè)計(jì)要求；SDRAM芯片選用Micron公司的16位芯片MT48LC32M16A2，存儲(chǔ)空間高達(dá)512 Mbits，刷新頻率可達(dá)100 MHz，滿足大容量數(shù)據(jù)的高速交換與存儲(chǔ)［1-2］。

圖1　信號(hào)處理板原理框圖

1.2FPGA模塊XC3S1000

該模塊作為橋梁連接著DSP與外部接口，通過數(shù)據(jù)、地址總線，以及相應(yīng)的控制線與DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，響應(yīng)DSP的各種指令，同時(shí)配置各種接口與外部通信，實(shí)現(xiàn)最終的伺服控制。

由于該平臺(tái)需要對多通道信號(hào)進(jìn)行并行處理，相應(yīng)的內(nèi)部資源需求會(huì)比較大，選用Xilinx公司 SPARTEN III系列100萬門的FPGA芯片XC3S1000，該芯片采用VIRTEX-II架構(gòu)，性價(jià)比很高。在嵌入式系統(tǒng)、高速信號(hào)處理的應(yīng)用上很合適。

2　硬件電路設(shè)計(jì)

電路板主要有：串口通信電路、輸入輸出I/O電路、光耦輸入/輸出電路、AD/DA電路、電源電路、主控制器電路幾部分組成［6］。

2.1串口通信電路

RS232接口選用MAXIM的MAX3222ECUP。該芯片具有兩路獨(dú)立的RS232串行接口，符合EIA/TIA-232標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議。RS485接口選用MAXIM的MAX3485E。該芯片為半雙工收發(fā)芯片，輸出速率高達(dá)12 Mbps。RS422接口選用MAXIM的MAX3490E。該芯片為全雙工收發(fā)芯片，輸出速率高達(dá)12 Mbps。如圖3所示［3］。

圖2　串行通信原理設(shè)計(jì)圖

2.2輸入輸出I/O電路

16路TTL電平數(shù)字輸入、輸出信號(hào)經(jīng)過SN74LVC4245電平變化直接接入到FPGA。

圖3　I/O輸入/輸出電路原理設(shè)計(jì)圖

2.3光耦輸入/輸出電路

光耦接口采用東芝的TLP521-4系列芯片，該芯片為4路獨(dú)立的高速光耦輸入/輸出，保證電路上的隔離。在接口設(shè)計(jì)中，考慮到完全的物理隔離，每一路都有獨(dú)立的地信號(hào)。

圖4　光耦接口原理設(shè)計(jì)圖

2.4AD/DA電路

AD芯片選用AD公司的AD7888，分辨率為12 bit，最高采樣率為125 ksps，數(shù)字信號(hào)串行輸出。其中模擬輸入/輸出±10 V/±5 V可調(diào)，通過更改電阻值來調(diào)節(jié)。

DA芯片選用AD公司的AD5328，分辨率為12 bit。最小更新時(shí)間為10 μs，模擬信號(hào)串行輸出。

2.5電源電路

該處理板電源為多路直流供電，包括DC±15 V、DC+5 V，通過電源轉(zhuǎn)換芯片提供所需的各種電壓。電源設(shè)計(jì)如圖7所示，由于所需電源種類較多，故采用多種電源芯片滿足多路電壓設(shè)計(jì)需要。

圖5　AD接口原理設(shè)計(jì)圖

圖6　DA接口原理設(shè)計(jì)圖

圖7　系統(tǒng)供電原理設(shè)計(jì)圖

2.6主控電路

上電后，DSP和FPGA需要各自加載程序，導(dǎo)致程序更新時(shí)需要通過JTAG專用接口分別下載各自的程序，不僅速度慢，同時(shí)需要專用的軟硬件設(shè)備，導(dǎo)致操作不方便。考慮到DSP外置了一片大容量NORFLASH芯片AM29LV320DT，該芯片具有4Mbyte存儲(chǔ)空間，完全可以將DSP和FPGA的程序文件都存儲(chǔ)其中，通過DSP的SelectMAP模式實(shí)現(xiàn)DSP和FPGA的程序加載［4-5］。

圖8　FPGA的SelectMAP加載模式

3　軟件設(shè)計(jì)

該軟件完成了RS232、485、422接口，AD、DA接口初始化，對FPGA的讀寫，將3個(gè)RS485接口配置為輸入模式，向8路DA寫入輸出值。以外部中斷5響應(yīng)FPGA的1 ms中斷，在每個(gè)中斷中查詢串行接口接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，如果14個(gè)串口任一個(gè)有接收數(shù)據(jù)，則將接收到的數(shù)據(jù)通過串口0發(fā)出，并且在該中斷中讀取AD數(shù)據(jù)，另外還在該中斷中定時(shí)開關(guān)指示燈。部分程序如下：

主函數(shù)程序：

DSP讀FPGA數(shù)據(jù)程序：

DSP寫FPGA數(shù)據(jù)程序：

4　結(jié)束語

文中介紹了基于DSP芯片TMS320C6713與FPGA芯片XC3S1000的伺服控制電路的設(shè)計(jì)方法，著重介紹了設(shè)計(jì)選型和各個(gè)模塊電路的設(shè)計(jì)。通過硬件設(shè)計(jì)和軟件編程來驗(yàn)證了方法的可行性。并已經(jīng)成功用在了工程中。

［1］張偉，熊康碧.TMS320C6713中利用McBSP實(shí)現(xiàn)和PC機(jī)的串口通信［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2010（6）:157-159.

［2］盧鈞，吳劍秋.高速DSP系統(tǒng)PCB板可靠性設(shè)計(jì)［J］.國外電子測量技術(shù)，2005（7）:5-7.

［3］Texas Instruments.TMS320C6713 hardware designer‘s resource guide［S］.2004.

［4］Texas Instruments.TMS320C6000 DSP Host Port Interface （HPI）Reference Guide［S］.2006.

［5］Texas Instrument Incorporated.TMS320C6713 Datashe-et［S］. 2005.

［6］馬志剛，趙麗平，李中西，等.一種高性能浮點(diǎn)DSP芯片TMS320C6713及其最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2010（10）:24-27.

Servo control circuit design based on TMS320C6713 and XC3S1000

MI Yue-qin
（The.16th Institute，China Aerospace Science and Technology Corporation，Xi’an 710100，China）

This paper is based on the purpose of design a high-performance and general-used servo control circuit.Through device selection，scheme design，a circuit is designed using DSP chip TMS320C6713 and FPGA chip XC3S1000.This paper introduces DSP chip TMS320C6713 and FPGA chip XC3S1000，The design idea and work principle of the control signal deal board is depicted particular.Through detail hardware design and software design actualized servo control circuit design Based on TMS320C6713 and XC3S1000，which verifies the validity of the servo control circuit.

TMS320C6713；XC3S1000；circuit design；servo control

TN253

A

1674-6236（2016）14-0190-04

2015-07-17稿件編號(hào)：20157130

米月琴（1982—），女，山西忻州人，碩士，工程師。研究方向：自動(dòng)控制。