一種運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡

1.一種運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡，其特征在于，包括FPGA電路和PCI總線接口，其中，所述FPGA電路通過所述PCI總線接口與PCI總線相連；
控制終端發(fā)送的控制命令經(jīng)PCI總線，通過PCI總線接口發(fā)送至所述FPGA電路，F(xiàn)PGA電路接收所述控制命令后，對控制命令進(jìn)行分析、處理，依據(jù)控制命令控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡，其特征在于，所述FPGA電路包括軟核CPU和運(yùn)動(dòng)控制模塊，所述軟核CPU用于接收所述控制指令，并對控制命令進(jìn)行分析和處理后，將控制命令發(fā)送至所述運(yùn)動(dòng)控制模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)控制模塊包括時(shí)鐘子模塊、接口子模塊、通用I/O接口、中斷電路、緩存子模塊、預(yù)置計(jì)數(shù)器、邏輯運(yùn)算子模塊、減速點(diǎn)控制子模塊、加減速控制子模塊、分頻子模塊、倍頻子模塊、脈沖輸出子模塊、直線和圓弧插補(bǔ)子模塊；
其中，所述時(shí)鐘子模塊用于為運(yùn)動(dòng)控制模塊的各個(gè)子模塊提供時(shí)鐘脈沖；
所述接口子模塊將所述軟核CPU輸出的控制命令發(fā)送至緩存子模塊；
所述緩存子模塊存放控制命令；
所述預(yù)置計(jì)數(shù)器輸出計(jì)數(shù)脈沖至減速點(diǎn)控制子模塊和加減速控制子模塊；
所述通用I/O接口和所述中斷電路分別與邏輯運(yùn)算子模塊相連；
所述邏輯運(yùn)算子模塊輸出控制命令至減速點(diǎn)控制子模塊，控制其輸出；
所述加減速控制子模塊的輸出信號(hào)通過分頻子模塊分頻后進(jìn)入倍頻子模塊，倍頻子模塊產(chǎn)生高頻脈沖，通過脈沖輸出子模塊輸出高頻脈沖，實(shí)現(xiàn)高頻脈沖控制；
同時(shí)，所述脈沖輸出子模塊輸出脈沖至直線和圓弧插補(bǔ)子模塊，通過直線和圓弧插補(bǔ)子模塊輸出，控制電機(jī)的直線和圓弧插補(bǔ)。
4.如權(quán)利要求3所述的運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡，其特征在于，所述緩存子模塊中存放最多512條控制指令。

一種運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡\n技術(shù)領(lǐng)域\n[0001] 本實(shí)用新型涉及工業(yè)工控領(lǐng)域，特別涉及一種運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡。\n背景技術(shù)\n[0002] 運(yùn)動(dòng)控制卡是一種安裝在PC機(jī)中專門用于步進(jìn)和伺服電機(jī)控制的板卡。它與PC機(jī)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)：PC機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)界面的管理和其它軟件運(yùn)行工作，如：鍵盤和鼠標(biāo)的輸入、圖形顯示、網(wǎng)絡(luò)通訊、圖像處理、工程圖紙?zhí)幚淼裙ぷ?；而運(yùn)動(dòng)控制卡負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)控制方面的所有細(xì)節(jié)工作，如：電機(jī)的脈沖和方向信號(hào)的輸出、電機(jī)速度自動(dòng)升降處理、直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)、原點(diǎn)及限位、數(shù)字式I/O控制等。\n[0003] 而運(yùn)動(dòng)軌跡控制是運(yùn)動(dòng)控制中的高級(jí)功能，廣泛應(yīng)用于金屬加工、激光切割、激光焊接、激光打標(biāo)、電子產(chǎn)品封裝、機(jī)器人等自動(dòng)化加工設(shè)備中。\n[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，運(yùn)動(dòng)控制卡多采用進(jìn)口的運(yùn)動(dòng)控制專用芯片ASIC，PCI總線接口采用專用PCI橋芯片?，F(xiàn)有技術(shù)中的主要問題是運(yùn)動(dòng)控制卡上無CPU模塊，所以軌跡控制功能較弱，且功能無法添加、修改，產(chǎn)品的價(jià)格較高。\n[0005] 近年來，運(yùn)動(dòng)控制卡已經(jīng)發(fā)展到了基于PCI總線的以DSP和FPGA作為核心處理器的運(yùn)動(dòng)控制卡，但需要同時(shí)借助DSP和FPGA兩個(gè)部件才能完成運(yùn)動(dòng)控制的運(yùn)算，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且成本較高。\n實(shí)用新型內(nèi)容\n[0006] 本實(shí)用新型提供了一種運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡，可通過以PCI總線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡控制。\n[0007] 本實(shí)用新型采用了如下技術(shù)方案：\n[0008] 一方面，本實(shí)用新型公開了一種運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡包括FPGA電路和PCI總線接口，其中，所述FPGA電路通過所述PCI總線接口與PCI總線相連；\n[0009] 控制終端發(fā)送的控制命令經(jīng)PCI總線，通過PCI總線接口發(fā)送至所述FPGA電路，F(xiàn)PGA電路接收所述控制命令后，對控制命令進(jìn)行分析、處理，依據(jù)控制命令控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。\n[0010] 上述的運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡的一個(gè)實(shí)施例中，所述FPGA電路包括軟核CPU和運(yùn)動(dòng)控制模塊，所述軟核CPU用于接收所述控制指令，并對控制命令進(jìn)行分析和處理后，將控制命令發(fā)送至所述運(yùn)動(dòng)控制模塊。\n[0011] 上述的運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡的一個(gè)實(shí)施例中，所述運(yùn)動(dòng)控制模塊包括時(shí)鐘子模塊、接口子模塊、通用I/O接口、中斷電路、緩存子模塊、預(yù)置計(jì)數(shù)器、邏輯運(yùn)算子模塊、減速點(diǎn)控制子模塊、加減速控制子模塊、分頻子模塊、倍頻子模塊、脈沖輸出子模塊、直線和圓弧插補(bǔ)子模塊；\n[0012] 其中，所述時(shí)鐘子模塊用于為運(yùn)動(dòng)控制模塊的各個(gè)子模塊提供時(shí)鐘脈沖；\n[0013] 所述接口子模塊將所述軟核CPU輸出的控制命令發(fā)送至緩存子模塊；\n[0014] 所述緩存子模塊存放控制命令；\n[0015] 所述預(yù)置計(jì)數(shù)器輸出計(jì)數(shù)脈沖至減速點(diǎn)控制子模塊和加減速控制子模塊；\n[0016] 所述通用I/O接口和所述中斷電路分別與邏輯運(yùn)算子模塊相連；\n[0017] 所述邏輯運(yùn)算子模塊輸出控制命令至減速點(diǎn)控制子模塊，控制其輸出；\n[0018] 所述加減速控制子模塊的輸出信號(hào)通過分頻子模塊分頻后進(jìn)入倍頻子模塊，倍頻子模塊產(chǎn)生高頻脈沖，通過脈沖輸出子模塊輸出高頻脈沖，實(shí)現(xiàn)高頻脈沖控制；\n[0019] 同時(shí)，所述脈沖輸出子模塊輸出脈沖至直線和圓弧插補(bǔ)子模塊，通過直線和圓弧插補(bǔ)子模塊輸出，控制電機(jī)的直線和圓弧插補(bǔ)。\n[0020] 上述的運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡的一個(gè)實(shí)施例中，所述緩存子模塊中存放最多512條控制指令。\n[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于：\n[0022] 本實(shí)用新型的運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡包括FPGA電路和PCI總線接口，其中，所述FPGA電路通過所述PCI總線接口與PCI總線相連；控制終端發(fā)送的控制命令經(jīng)PCI總線，通過PCI總線接口發(fā)送至所述FPGA電路，F(xiàn)PGA電路接收所述控制命令后，對控制命令進(jìn)行分析、處理，依據(jù)控制命令控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。采用FPGA電路實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡控制，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。\n附圖說明\n[0023] 圖1示例性地描述了本實(shí)用新型的運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡的結(jié)構(gòu)圖；\n[0024] 圖2示例性地描述了本實(shí)用新型的FPGA電路結(jié)構(gòu)圖；\n[0025] 圖3示例性地描述了本實(shí)用新型的FPGA中運(yùn)動(dòng)控制模塊結(jié)構(gòu)圖。\n具體實(shí)施方式\n[0026] 下面對照附圖并結(jié)合具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。\n[0027] 本實(shí)用新型公開了一種運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡，包括FPGA電路和PCI總線接口，其中，所述FPGA電路通過所述PCI總線接口與PCI總線相連；\n[0028] 控制終端發(fā)送的控制命令經(jīng)PCI總線，通過PCI總線接口發(fā)送至所述FPGA電路，F(xiàn)PGA電路接收所述控制命令后，對控制命令進(jìn)行分析、處理，依據(jù)控制命令控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。\n[0029] 實(shí)施例一：\n[0030] 如圖1所示，本實(shí)用新型公開的運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡包括FPGA電路和PCI總線接口，其中，所述FPGA電路通過所述PCI總線接口與PCI總線相連；\n[0031] 控制終端發(fā)送的控制命令經(jīng)PCI總線，通過PCI總線接口發(fā)送至所述FPGA電路，F(xiàn)PGA電路接收所述控制命令后，對控制命令進(jìn)行分析、處理，依據(jù)控制命令控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。\n[0032] 上述運(yùn)動(dòng)控制器還包括CPLD電路，所述CPLD電路有兩個(gè)用途，一是為所述FPGA固件加密，以保護(hù)版權(quán)，保護(hù)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。\n[0033] FPGA程序在燒錄為FPGA固件的過程中，采用CPLD為其固件加密，可避免被破解，可保護(hù)版權(quán)，保護(hù)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。\n[0034] 由于CPLD電路在剛剛上電時(shí)的輸出處于不定態(tài)，因此，CPLD的另一個(gè)用途是設(shè)置一個(gè)上電初始電平，使其數(shù)字輸出端在初始上電時(shí)保持穩(wěn)定態(tài)，可保證整個(gè)設(shè)備在上電時(shí)不會(huì)因?yàn)椴欢☉B(tài)而產(chǎn)生誤動(dòng)作。\n[0035] 本實(shí)施例中，設(shè)置電平設(shè)置撥碼開關(guān)，用戶可通過電平設(shè)置撥碼開關(guān)，方便地確定CPLD的數(shù)字輸出端口上電時(shí)的初始電平。\n[0036] 上述運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡還包括控制外圍的PCI總線接口電路、單端轉(zhuǎn)差分信號(hào)的電機(jī)接口電路、CPLD電路、有光電隔離的通用I/O接口電路、手輪(也稱為手搖脈沖發(fā)生器)接口電路、編碼器接口電路等。\n[0037] 如圖2所示，所述FPGA電路包括軟核CPU和運(yùn)動(dòng)控制模塊，所述軟核CPU用于接收所述控制指令，并對控制命令進(jìn)行分析和處理后，將控制命令發(fā)送至所述運(yùn)動(dòng)控制模塊。\n[0038] 本實(shí)施例中的FPGA電路還包括PCI總線接口模塊、編碼器接口模塊、RAM控制模塊、手輪接口模塊、加密校驗(yàn)?zāi)K、CPLD控制模塊等通用功能模塊，在此不再贅述。\n[0039] 本實(shí)施例中，F(xiàn)PGA內(nèi)部嵌入的軟核CPU為32位，且主頻為80MHZ。\n[0040] 軟核CPU通過軟件實(shí)現(xiàn)PCI通訊模塊、編碼器計(jì)數(shù)/倍頻模塊、PC指令處理模塊、用戶指令解釋執(zhí)行模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、通用I/O控制模塊、輸入檢測模塊、輸入處理模塊、文件存儲(chǔ)模塊等具體功能。\n[0041] 在FPGA中采用軟核CPU，計(jì)算能力、處理能力較強(qiáng)，具有優(yōu)異的運(yùn)動(dòng)軌跡控制能力，并且集成度高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價(jià)格低廉。\n[0042] 如圖3所示，運(yùn)動(dòng)控制模塊是運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡的核心，所述運(yùn)動(dòng)控制模塊包括時(shí)鐘子模塊、接口子模塊、通用I/O接口、中斷電路、緩存子模塊、預(yù)置計(jì)數(shù)器、邏輯運(yùn)算子模塊、減速點(diǎn)控制子模塊、加減速控制子模塊、分頻子模塊、倍頻子模塊、脈沖輸出子模塊、直線和圓弧插補(bǔ)子模塊；\n[0043] 其中，所述時(shí)鐘子模塊用于為運(yùn)動(dòng)控制模塊的各個(gè)子模塊提供時(shí)鐘脈沖；\n[0044] 所述接口子模塊將所述軟核CPU輸出的控制命令發(fā)送至緩存子模塊；\n[0045] 所述緩存子模塊存放控制命令；\n[0046] 所述預(yù)置計(jì)數(shù)器輸出計(jì)數(shù)脈沖至減速點(diǎn)控制子模塊和加減速控制子模塊；\n[0047] 所述通用I/O接口和所述中斷電路分別與邏輯運(yùn)算子模塊相連；\n[0048] 所述邏輯運(yùn)算子模塊輸出控制命令至減速點(diǎn)控制子模塊，控制其輸出；\n[0049] 所述加減速控制子模塊的輸出信號(hào)通過分頻子模塊分頻后進(jìn)入倍頻子模塊，倍頻子模塊產(chǎn)生高頻脈沖，通過脈沖輸出子模塊輸出高頻脈沖，實(shí)現(xiàn)高頻脈沖控制；\n[0050] 同時(shí)，所述脈沖輸出子模塊輸出脈沖至直線和圓弧插補(bǔ)子模塊，通過直線和圓弧插補(bǔ)子模塊輸出，控制電機(jī)的直線和圓弧插補(bǔ)。\n[0051] 上述緩存子模塊中存放最多可512條控制指令。\n[0052] 一般情況下，緩存子模塊中存放多條控制指令，可消除Windows系統(tǒng)通過PCI總線與運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡通訊所耗時(shí)間所產(chǎn)生的軌跡運(yùn)動(dòng)的瞬間停頓現(xiàn)象，可提高運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡在進(jìn)行高速軌跡控制時(shí)的速度及軌跡的平滑性。\n[0053] 實(shí)施例二：\n[0054] 本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡，包括68針的電機(jī)及I/O接口X1、40針的編碼器接口X2、40針的I/O接口X3、12針的手輪接口X5、卡號(hào)設(shè)置撥碼開關(guān)S1、數(shù)字輸出口初始電平設(shè)置開關(guān)S2、指令脈沖輸出方式設(shè)置跳線開關(guān)J1～J8。\n[0055] PCI總線運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡SMC5480的技術(shù)指標(biāo)如下：\n[0056] 控制電機(jī)軸數(shù)：4個(gè)\n[0057] 指令脈沖頻率：1～10.0M Hz\n[0058] 指令脈沖頻率精度：±0.1Hz\n[0059] 指令脈沖設(shè)置范圍：-2,147,483,647～+2,147,483,648(32位)\n[0060] 2至4軸直線插補(bǔ)精度：±1脈沖\n[0061] 2軸圓弧插補(bǔ)精度：±1脈沖\n[0062] 編碼器信號(hào)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)范圍：-2,147,483,647～+2,147,483,648(32位)[0063] 編碼器信號(hào)最大輸入頻率：6M Hz\n[0064] 外部手輪輸入脈沖最大頻率：1k Hz\n[0065] 通用數(shù)字輸入口：28個(gè)，光電隔離\n[0066] 通用數(shù)字輸出口：24個(gè)，光電隔離\n[0067] 函數(shù)庫：支持Windows 98/NT/2000/XP/Win7操作系統(tǒng)使用VB、VC、Delphi、LabView軟件進(jìn)行應(yīng)用軟件開發(fā)。\n[0068] 實(shí)用新型的運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡包括FPGA電路和PCI總線接口，其中，所述FPGA電路通過所述PCI總線接口與PCI總線相連；控制終端發(fā)送的控制命令經(jīng)PCI總線，通過PCI總線接口發(fā)送至所述FPGA電路，F(xiàn)PGA電路接收所述控制命令后，對控制命令進(jìn)行分析、處理，依據(jù)控制命令控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。采用FPGA電路實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡控制，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。同時(shí)，F(xiàn)PGA中的緩存子模塊中存放多條控制指令，可消除因?yàn)閃indows系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡通訊所耗時(shí)間所產(chǎn)生的軌跡運(yùn)動(dòng)的瞬間停頓現(xiàn)象，可提高運(yùn)動(dòng)軌跡控制卡在進(jìn)行高速軌跡控制時(shí)的速度及軌跡的平滑性。\n[0069] 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，但這只是為便于理解而舉的實(shí)例，不應(yīng)認(rèn)為本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，可以做出各種可能的等同改變或替換，這些改變或替換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。