基于嵌入式系统的专用运动控制器硬件平台设计

　1 引言

随着嵌入式技术的迅速发展，其在工业控制领域得到了广泛应用。因此将嵌入式技术与运动控制技术相结合，研制出高速高精度嵌入式运动控制器具有重要意义。本文设计了一种以TMS320VC5402为核心处理器，适用于多输入多输出专用运动控制器硬件平台。该平台能够实现多传感器信号采集、信息融合、位置控制算法、网络功能、多路输出给驱动系统，实现信息/能量转换。

2 运动控制器平台硬件设计

2.1 运动控制器系统硬件结构

根据运动控制器接口要求将系统分为主电路和外设两个部分。主电路部分由以TI公司的处理器芯片TMS320VC5402为主体的数字电路构成；外设部分由相关外围接口电路构成。按照功能不同可以分为以下几个模块：DSP最小系统、网卡接口电路、PCI接口、串口收发电路、模拟量，脉冲量和开关量的接口、人机交互接口。

2.2 硬件系统各功能模块介绍

2.2.1 DSP 独立小系统接口电路

所谓最小系统是指在尽可能少的外部元器件和电路条件下，形成一个使DSP能够正常运行的最简单的系统。本系统采用16位定点DSP TMS320VC5402为核心器件，构成整个系统控制核心。由于选用的TMS320VC5402其片内有可用于数据、程序空间的存储器，因此，最小系统可由DSP本身以及晶体振荡器、复位电路、译码电路等组成。

2.2.2 以太网通信接口电路设计

基于嵌入式系统的运动控制器非常重要的功能之一就是要实现网络信息传递。因此需要s用网络接口芯片来实现网络之间通信。在本系统中采用了REALTEK公司的RTL8019AS网络接口芯片。

RTL8019AS 引脚可分为电源及时钟引脚、网络介质接口引脚、自举ROM及初始化EEPROM接口引脚、主处理器接口引脚、输出指示及工作方式配置引脚。由此将网卡硬件接口电路设计主要分为两大部分：第一部分为网卡与DSP接口实现，第二部分为网卡芯片外围电路设计。RTL8019AS的总线接口是与ISA总线兼容的，虽然不能与5402的外部总线直接接口，但是只要进行一些简单的逻辑变换就可以了。另外，5402和RTL8019AS的引脚电平不兼容，因此它们之间对应的引脚不能够直接相连，需要在中间加上电平转换芯片，系统中的CPLD可以完成电平转换功能，通过CPLD还能够产生RTL8019AS的控制逻辑信号。

2.2.3 PCI 接口设计

由于在系统中对数据传输的速度以及实时性要求较高，所以采用方法之一即通过 PCI局部总线的方法与主机的进行通讯。这比传统的通过ISA总线的方式来通讯的方法具有速度高、可即插即用、可移植性好等方面的优势。在本系统中，采用 TI的专用配套芯片PCI2040将PCI总线与DSP5402的HPI（Host Port Interface）接口进行连接。

图1 运动控制器硬件框图

图2 AD转换接口电路图