用於電動執行機構的簡化的運動控制器裝置及實現方法
2023-05-29 06:36:21
專利名稱：用於電動執行機構的簡化的運動控制器裝置及實現方法
技術領域：
本發明涉及運動控制器，特別涉及一種用於電動執行機構的簡化的運動控制器裝置及實現方法，具體是運用DSP的I/O空間和CPLD (Complex Programmable Logic Device)實現簡化的運動控制器裝置及其實現方法，基於DSP的I/O空間和CPLD的邏輯功能實現了對不同功能子模塊的總線分時復用，以減少硬體資源的控制裝置及其實現方法。
背景技術：
運動控制器廣泛應用於各種工業自動化過程控制環節，是一個相當重要的基礎設備。在目前使用的電動執行機構運動控制器控制系統中，基於PC總線的以DSP作為核心的開放式運動控制技術已經成為主流。例如，CN 200710150254. 1公開了基於PROFIBUS-P現場總線的智能電動執行機構。CN 03116711. X公開了一種自適應型智能電動執行機構控制器。為了滿足電動執行機構使用的各種環境和用戶要求的多項功能，往往添加了功能各異的輔助功能模塊，如液晶顯示單元，A/D轉換單元，用戶1/0單元，故障報警單元等。上述的功能模塊佔用大量的硬體資源並且都要通過DSP總線實現控制。針對運動控制器的這些功能要求，現有的技術存在諸多缺點在一般的控制器與驅動器的控制架構下，存在配線多、同步特性差、非全數位化，硬體實現成本較高等問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種新的用於電動執行機構的簡化的運動控制器裝置及實現方法，可以開發克服現有技術的缺陷，採用DSP和CPLD的組合實現簡化運動控制器裝置，具體是基於DSP的I/O空間和CPLD的邏輯功能實現了對不同功能子模塊的總線分時復用，以減少硬體資源的控制裝置及其實現方法。 本發明提供的一種用於電動執行機構的簡化的運動控制器裝置是利用DSP的I/O
空間和CPLD實現的簡化的運動控制器裝置，主要包括DSP、CPLD，DSP與CPLD連接形成模塊
選通單元，DSP的數據總線D。 D7位連接CPLD的10引腳，DSP的地址總線A。 A15位連接
CPLD的10引腳，DSP的STRB、丙、麗、B、而、麗分別連接CPLD的10引腳。所述的CPLD中包含74LS138晶片，74LS373晶片，74LS244晶片以及所需的邏輯門。 所述的DSP的地址總線A。 A15位連接10引腳對應連接CPLD內部的各74LS138的輸入。所述的CPLD的VCCIO引腳接3. 3V電源，VCCIN引腳接5V電源，GND引腳接地。
所述的CPLD的六個10引腳作為輸出連接數字量輸出模塊，CPLD的四個10引腳
作為輸入接收外部數字量輸入模塊的輸入信號。 —
所述的DSP的A。 A15引腳連接到CPLD中的74LS138進行解碼，DSP的B連接CPLD的G2AN、 G2BN， CPLD中的74LS138輸出YON Y7N作為各個功能模塊的片選信號。
所述的CPLD中的74LS138輸出的YON Y7N可以由用戶自定義選擇其中的任意一位或幾位作為功能模塊片選信號。 —所述的CPLD中的74LS138輸出片選信號和DSP發出的功能信號而經過"或"門
輸入到CPLD中74LS244的1GN和2GN引腳，74LS244的1A1 1A4引腳連接數字量輸入模
塊的輸入信號，1Y1 1Y4連接DSP的D。 D3引腳，2A1 2A4引腳接地，其餘引腳懸空，即
可實現數字量輸入功能。 所述的CPLD中的74LS138的輸出片選信號和DSP輸出的TO信號經過"或非"門連接一片74LS373的G引腳，該片74LS373晶片的0EN引腳接地，D1 D8引腳連接DSP的D。 D7，其輸出引腳Ql Q6可以作為數字量輸出信號連接數字量輸出模塊，剩餘引腳懸空，即可實現數字量輸出功能。 所述的CPLD中的74LS138的輸出片選信號和DSP輸出的TO信號經過"或非"門連接第二片74LS373的G引腳，該片74LS373晶片的OEN引腳接地，D1 D8引腳連接數據總線D。 07，輸出Ql Q8作為CPLD的數據總線由10引腳輸出，即可連接液晶顯示單元實現液晶顯示功能。 本發明提供的一種用DSP的I/O空間簡化運動控制器的方法包括的步驟
1)運動控制器的核心控制晶片DSP根據運動控制器的功能要求和用戶需求為運動控制器的各個功能模塊分配I/0空間映射地址(OOOOh FEFFh)。根據用戶的實時需要選擇某一特定功能模塊，確定與之相應的DSP的I/O空間地址。 2)根據選定的模塊的具體功能要求由DSP對其對應的1/0空間映射地址進行讀或寫操作。當DSP選中該地址時，地址總線的狀態輸入至CPLD中，經過CPLD內部的74LS138晶片解碼，輸出該選定功能模塊的片選信號，同時結合DSP輸出的相應而或麗信號選中相應晶片，實現數據總線上數據的讀入或輸出。 3)選中功能模塊與DSP完成數據交換，進行進一步處理。 4)當用戶選定運動控制器的液晶顯示功能時，由DSP選中液晶顯示模塊所映射的I/O空間地址，DSP地址總線A。 A15信號輸入到CPLD中，經過CPLD內部的74LS138解碼器解碼，由片選信號YON Y7N中任一位或幾位輸出，與DSP輸出的麗信號經過"或非"門選通其對應的74LS373, DSP的數據總線上所接收的信號便輸入到74LS373中，該數據信號由CPLD輸出經電平轉換輸入至液晶顯示器顯示，此時DSP的總線對液晶顯示模塊開放。
5)當運動控制器需要有數字量輸出時，由DSP選中數字量輸出模塊所映射的I/O空間地址，DSP地址總線A。 A15信號輸入到CPLD中，經過CPLD內部的74LS138解碼器解碼，由片選信號YON Y7N中任一位或幾位輸出，與DSP輸出的麗信號經過"或非"門選通其對應的74LS373, DSP的數據總線上所接收的信號便輸入到74LS373中，該片74LS373的輸出引腳Ql Q6輸出DSP數據總線上的相應數字量，由CPLD輸出到數字量輸出模塊中，此時DSP的數據總線對數字量輸出模塊開放。 6)當運動控制器的數字量輸入模塊有數字量輸入時，由DSP選中數字量輸入模塊所映射的I/O空間地址，DSP地址總線A。 A15信號輸入到CPLD中，經過CPLD內部的74LS138解碼器解碼，由片選信號YON Y7N中任一位或幾位輸出，與DSP輸出的RD信號經過"或非"門選通的74LS244，DSP的數據總線便所接收到來自74LS244輸入端的信號，並將此信號讀入DSP以作相應的數字量處理，此時DSP的數據總線對數字量輸入模塊開放。
7)如有更多的功能模塊外設，由DSP選中其功能模塊所映射的1/0空間地址。DSP地址總線A。 A15信號輸入到CPLD中對應的74LS138解碼器輸入端，經過CPLD內部的 74LS138解碼器解碼，由片選信號YON Y7N中任一位或幾位輸出，同時結合DSP輸出的相 應功能信號選中要使用的功能模塊，實現DSP數據總線上的數據交換，此時DSP的數據總線 對此選中的功能模塊開放。 本發明採用DSP的I/O空間和CPLD的邏輯功能組合實現電動執行機構中不同功 能模塊對DSP總線的分時復用，有效地節約硬體資源，實現對運動控制器的簡化。將運動控 制器可能的功能模塊統一利用DSP豐富的I/O空間進行編址，經過CPLD的邏輯處理選擇不 同功能模塊對DSP數據總線的分時復用，實現簡單易行的多模塊實時處理，降低了系統設 計的複雜性，節省了硬體空間，並具有處理簡單、模塊分時處理迅速、成本低等優點。這種簡 化運動控制器的方法對具備多個功能模塊的運動控制器都是適用的。
圖1為本發明基於DSP和CPLD構成的簡化運動控制器示意圖。
圖2為本發明實施例電動執行機構的運動控制器裝置圖。 圖3為本發明實施例電動執行機構的運動控制器中DSP的各輸出信號與相應的 CPLD的內部晶片連接圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明進行說明。 DSP和CPLD構成的簡化運動控制器如圖1所示。 將一臺以開關磁阻電機作為動力源的電動執行器為例對本發明進行說明。本實施 例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但 本發明的保護範圍不限於下述的實施例。 開關磁阻電機作為動力源的電動執行機構的運動控制器功能模塊一般包括數字 量輸出模塊，液晶顯示模塊，數字量輸入模塊。DSP為上述功能模塊在I/O空間中分配不同 的映射地址，各個功能模塊唯一對應DSP的I/O空間中的一個映射地址。DSP對不同映射地 址的操作決定各個模塊之間的功能切換。 電動執行機構運動控制器實現裝置結構如圖2所示。 本實施例中要實現的功能模塊包括數字量輸出模塊、數字量輸入模塊、液晶顯示 模塊。 本發明實施例提供的運動控制器裝置主要包括DSP1 (TMS320LF2407A)、
CPLD2 (EPM7064)、邏輯晶片(SN74LS143、74HC144)、電平轉換晶片(ALVC1642455)、液晶顯
示器6 (0CMJ2 X 8A)。本發明實施例使用的CPLD2中包含一個74LS1387晶片， 一個74LS2448
晶片，兩個74LS3739和74LS37310晶片以及所需的邏輯門。DSP1的各輸出信號與相應的
CPLD2的內部晶片連接如圖3所示。 DSP1與CPLD2連接形成模塊選通單元。 DSP1的D。 D7連接CPLD2的8個10引腳。 DSP1的A。 A15引腳連接CPLD2的16個10引腳，在本發明實施例中使用其中的 A2 A4對應CPLD2中74LS1387的A、B、C引腳。
DSP1的STRB、丙、麗、T^、而、麗分別連接CPLD2剩餘任意10引腳。CPLD2的VCCIO引腳接3. 3V電源，VCCIN引腳接5V電源，GND引腳接地。 CPLD2的6個10引腳作為輸出引腳連接數字量輸出模塊，4個10引腳作為輸入引
腳接收外部數字量輸入模塊的輸入信號。 DSP1輸入的A2 A4引腳連接CPLD2中的74LS1387進行解碼，74LS1387的輸出信 號Y3N、 Y4N、 Y5N作為各個模塊的片選信號。74LS1387的輸出G2AN、G2BN連接DSP1的B。
CPLD2的74LS1387輸出Y5N和而信號經過"或"門輸入到74LS2448的1GN和 2GN引腳，1Y1 1Y4連接DSP1數據總線的D。 D3弓|腳，2A1 2A4引腳接地，74LS2448的 1A1 1A4引腳連接數字量輸入模塊的四個輸入信號，其餘引腳懸空，實現運動控制器的數 字量輸入功能。 — CPLD2的74LS1387輸出Y3N和麗信號經過"或非"門連接第一片74LS3739的G 引腳，該74LS3739晶片的0EN引腳接地，Dl D8引腳連接DSP1數據總線D。 07，其輸出 引腳Ql Q6作為數字量輸出信號連接數字量輸出模塊，其餘引腳懸空，實現運動控制器的 數字量輸出功能。 _ CPLD2的74LS1387輸出Y4N信號和TO信號經過"或非"門連接第二片74LS37310 的G引腳，該74LS37310晶片的0EN引腳接地，Dl D8引腳連接該74LS37310的數據總 線D。 07，輸出引腳Ql Q8作為CPLD2的數據總線由IO輸出，輸出通過10引腳連接到 ALVC1642455的2A1 2A8引腳，ALVC1642455中對應的2B1 2B8連接液晶顯示器6的 數據總線DB0-DB7，實現運動控制器的液晶模塊顯示功能。ALVC1642455的2麗引腳接地， 2DIR引腳接3. 3V。 綜上所述，電機的液晶顯示模塊，數字量輸入模塊和數字量輸出模塊的功能實現， 都是通過DSP選定其對應的I/O空間中的地址，通過CPLD對該地址的地址總線進行邏輯操 作，選通各模塊對應的晶片與接口電路進行的。並且各個模塊的執行順序是可以根據需求 改變的，各模塊功能執行相互獨立。完全由DSP通過控制其I/O空間就進行選擇和切換，實 現總線的復用，提高了系統的反應速度，並節省了硬體資源，實現了對運動控制器的簡化。
如有更多的功能模塊外設，由DSP選中其功能模塊所映射的I/O空間地址。DSP地 址總線AO A15信號輸入到CPLD中，經過CPLD內部的74LS138解碼器解碼，由YON Y7N 中的一位信號輸出，同時結合DSP輸出的相應功能信號選中該模塊，實現DSP數據總線上的 數據交換，此時DSP的數據總線對此功能模塊開放。 這種簡化運動控制器的方法對具備多個功能模塊的運動控制器都是適用的。通 過採用DSP的I/O空間和CPLD的邏輯功能組合實現電動執行機構中不同功能模塊對DSP 總線的分時復用，有效地節約硬體資源，實現對運動控制器的簡化，降低了系統設計的複雜 性，節省了硬體空間，並具有處理簡單、模塊分時處理迅速、成本低等優點。
權利要求
一種用於電動執行機構的簡化的運動控制器裝置，其特徵在於它是利用DSP的I/O空間和CPLD實現的簡化的運動控制器裝置，主要包括DSP、CPLD，DSP與CPLD連接形成模塊選通單元，DSP的數據總線D0～D7位連接CPLD的IO引腳，DSP的地址總線A0～A15位連接CPLD的IO引腳，DSP的STRB、PS、DS、IS、RD、WE分別連接CPLD的IO引腳；所述的CPLD中包含74LS138晶片，74LS373晶片，74LS244晶片以及所需的邏輯門；所述的DSP的地址總線A0～A15位連接IO引腳對應連接CPLD內部的各74LS138的輸入。所述的DSP的A0～A15引腳連接到CPLD中的74LS138進行解碼，DSP的IS連接CPLD的G2AN、G2BN，CPLD中的74LS138輸出Y0N～Y7N作為各個功能模塊的片選信號。所述的CPLD中的74LS138輸出的Y0N～Y7N可以由用戶自定義選擇其中的任意一位或幾位作為功能模塊片選信號。
2. 按照權利要求1所述的運動控制器裝置，其特徵在於所述的CPLD的VCCIO引腳接3. 3V電源，VCCIN引腳接5V電源，GND引腳接地。
3. 按照權利要求1所述的運動控制器裝置，其特徵在於所述的CPLD的六個10引腳作為輸出連接數字量輸出模塊，CPLD的四個10引腳作為輸入接收外部數字量輸入模塊的輸入信號。
4. 按照權利要求1所述的運動控制器裝置，其特徵在於所述的CPLD中的74LS138輸出片選信號和DSP發出的功能信號RD經過"或"門輸入到CPLD中74LS244的1GN和2GN引腳，74LS244的1A1 1A4引腳連接數字量輸入模塊的輸入信號，1Y1 1Y4連接DSP的D。 D3引腳，2A1 2A4引腳接地，其餘引腳懸空，即可實現數字量輸入功能。
5. 按照權利要求1所述的運動控制器裝置，其特徵在於所述的CPLD中的74LS138的輸出片選信號和DSP輸出的WE信號經過"或非"門連接第一片74LS373的G引腳，該片74LS373晶片的OEN引腳接地，D1 D8引腳連接DSP的D。 D,，其輸出引腳Ql Q6作為數字量輸出信號連接數字量輸出模塊，剩餘引腳懸空，即可實現數字量輸出功能。
6. 按照權利要求1所述的運動控制器裝置，其特徵在於所述的CPLD中的74LS138的輸出片選信號和DSP輸出的WE信號經過"或非"門連接第二片74LS373的G引腳，該片74LS373晶片的OEN引腳接地，Dl D8引腳連接數據總線D。 07，輸出Ql Q8作為CPLD的數據總線由10引腳輸出，即可連接液晶顯示單元實現液晶顯示功能。
7. —種權利要求1所述的運動控制器裝置用於電動執行機構的簡化的運動控制的實現方法，其特徵在於包括的步驟1) 運動控制器的核心控制晶片DSP根據運動控制器的功能要求和用戶需求為運動控制器的各個功能模塊分配I/O空間映射地址OOOOh FEFFh ;根據用戶的實時需要選擇某一特定功能模塊，確定與之相應的DSP的I/O空間地址；2) 根據選定的模塊的具體功能要求由DSP對其對應的1/0空間映射地址進行讀或寫操作，當DSP選中該地址時，地址總線的狀態輸入至CPLD中，經過CPLD內部的74LS138晶片解碼，輸出該選定功能模塊的片選信號，同時結合DSP輸出的相應RD或WE信號選中相應晶片，實現數據總線上數據的讀入或輸出；3) 選中功能模塊與DSP完成數據交換，進行進一步處理；4) 當用戶選定運動控制器的液晶顯示功能時，由DSP選中液晶顯示模塊所映射的1/0空間地址，DSP地址總線A。 A15信號輸入到CPLD中，經過CPLD內部的74LS138解碼器 解碼，由片選信號YON Y7N中任一位或幾位輸出，與DSP輸出的WE信號經過"或非"門選 通其對應的74LS373, DSP的數據總線上所接收的信號便輸入到74LS373中，該數據信號由 CPLD輸出經電平轉換輸入至液晶顯示器顯示，此時DSP的總線對液晶顯示模塊開放；5) 當運動控制器需要有數字量輸出時，由DSP選中數字量輸出模塊所映射的I/O空間 地址，DSP地址總線A。 A15信號輸入到CPLD中，經過CPLD內部的74LS138解碼器解碼，由 片選信號YON Y7N中任一位或幾位輸出，與DSP輸出的WE信號經過"或非"門選通其對 應的74LS373, DSP的數據總線上所接收的信號便輸入到74LS373中，該片74LS373的輸出 引腳Ql Q6輸出DSP數據總線上的相應數字量，由CPLD輸出到數字量輸出模塊中，此時 DSP的數據總線對數字量輸出模塊開放；6) 當運動控制器的數字量輸入模塊有數字量輸入時，由DSP選中數字量輸入模塊所映 射的I/O空間地址，DSP地址總線A。 A15信號輸入到CPLD中，經過CPLD內部的74LS138 解碼器解碼，由片選信號YON Y7N中任一位或幾位輸出，與DSP輸出的RD信號經過"或 非"門選通的74LS244, DSP的數據總線便所接收到來自74LS244輸入端的信號，並將此信 號讀入DSP以作相應的數字量處理，此時DSP的數據總線對數字量輸入模塊開放；7) 如有更多的功能模塊外設，由DSP選中其功能模塊所映射的1/0空間地址，DSP地址 總線A。 A15信號輸入到CPLD中對應的74LS138解碼器輸入端，經過CPLD內部的74LS138 解碼器解碼，由片選信號YON Y7N中任一位或幾位輸出，同時結合DSP輸出的相應功能信 號選中要使用的功能模塊，實現DSP數據總線上的數據交換，此時DSP的數據總線對此選中 的功能模塊開放。
全文摘要
本發明涉及一種用於電動執行機構的簡化的運動控制器裝置及實現方法，它是利用DSP的I/O空間和CPLD實現的簡化的運動控制器裝置，主要包括DSP、CPLD，DSP與CPLD連接形成模塊選通單元，DSP的數據總線D0～D7位連接CPLD的IO引腳，DSP的地址總線A0～A15位連接CPLD的IO引腳，DSP的STRB、PS、DS、IS、RD、WE分別連接CPLD的IO引腳。本發明實現了簡單易行的多模塊實時處理，降低了系統設計的複雜性，節省了硬體空間，並具有處理簡單、模塊分時處理迅速、成本低等優點。這種簡化運動控制器的方法對具備多個功能模塊的運動控制器都是適用的。
文檔編號G05B19/418GK101710241SQ20091022832
公開日2010年5月19日 申請日期2009年11月19日 優先權日2009年11月19日
發明者何林, 孫鶴旭, 孟憲翠, 李潔, 董硯, 鄭易 申請人:河北工業大學