CPLD ve Mutlak Kodlayıcıya Dayalı Yüksek Hızlı Servo Birimi

Şu anda, yerli CNC takım tezgahlarındaki servo motorlar genellikle artımlı kodlayıcılar ile donatılırken, artımlı kodlayıcıların doğruluğu çok yüksek değildir ve çıktı paralel sinyallerdir. Doğruluğunu artırmak için, kodlayıcının tasarımını arttırmak gerekir. Servo ünitesi ve kodlayıcı arasındaki uzun mesafeli iletişime elverişli olmayan paralel sinyallerin çıkışını zorlamak ve arttırmak. Mutlak kodlayıcı kullanılır, ancak doğruluğunun artımlı kodlayıcınınkinden birkaç kat daha yüksek olmasıdır. Yüksek hızlı seri iletişim, uzun mesafeli iletişim için iletişim hatlarından tasarruf sağlar. Kodlayıcının diğer ucunda, yüksek hızlı seri iletişim için CPLD ve mutlak kodlayıcı kullanılır. CPLD daha sonra alınan kodlayıcı bilgilerini paralel veri iletimine dönüştürür. Servo ünitesindeki DSP aritmetik kontrol gerçekleştirir. Bu makale, CPLD ve mutlak kodlayıcı arasında yüksek hızlı seri iletişimin yazılım ve donanım tasarımını verecektir.

donanım tasarımı

Donanım esas olarak üç modülden oluşur: güç kaynağı, CPLD ve periferik devreleri ve mutlak kodlayıcı arayüz devresi.

Güç modülü

Güç modülü, Şekil 1'de gösterildiği gibi bir anahtarlama güç kaynağı devresi ve bir DC/DC güç kaynağı çipinden oluşur.

Şekildeki anahtarlama güç kaynağı, 220V AC ızgara voltajını +5V, +15V, -15V'ye dönüştürür. Anahtarlama güç kaynağı, güç şebekesindeki çeşitli parazitleri filtreleyebilir ve anahtarlama güç kaynağındaki transformatör 220V AC olacak ve çıkış + 5V, + 15V, -15V izole edilir, dahili devre ayrıca TL431 kullanır. Anahtar tüpünün iletim darbesi genişliği, böylece anahtarlama güç kaynağının anti-müdahale, güvenlik, stabilite ve voltaj regülasyonu daha iyidir. TPS7333 bir DC/DC çipidir. +5V DC voltajı, CPLD tarafından kullanılmak üzere +3.3V'lik bir kararlı DC voltajına dönüştürülür. TPS7333 daha iyi dönüşüm verimliliği, güvenilirlik ve voltaj düzenlemesine sahiptir. +3.77V- +10V voltaj aralığında kullanılabilir. Dönüştürme +3.3V, giriş voltajının çok yüksek olması nedeniyle CPLD'nin yanmasına neden olur.

CPLD ve çevresel devre modülleri

CPLD ve periferik devre modülleri esas olarak CPLD, CPLD programlama indir arayüz devresi (JTAG arayüzü), DSP arayüz devresi, aktif kristal osilatör, seviye dönüşüm devresi ve ADM485 ve periferik devrelerden (kodlayıcı ile iletişimden sorumlu arayüz devresi) oluşur) . şekil 2).

Bu tasarım CPLD, Altera'nın Altera'nın Max II'sine ait EPM570T144C5'i kullanıyor. MAX II, MAX I'den daha düşüktür ve daha az güç tüketir. Cihazın daha fazla makro hücresi vardır ve cihaz gecikmesi 6 ns içinde kontrol edilir. Yüksek maliyet performansı ile EPM570T144C5, 570 makrookle sahiptir. Çip üzerindeki pim sayısı 144'tür, bunlardan 116'sı G/Ç bağlantı noktalarıdır, bu nedenle bu çipin kaynakları yeterlidir. CPLD esas olarak mutlak kodlayıcı ile yüksek hızlı seri iletişimden sorumludur ve kodlayıcı verilerini ve diğer bilgileri DSP'ye paralel olarak iletmek için DSP komutu tarafından kontrol edilir.

JTAG arabirimi esas olarak yürütülebilir dosyayı CPLD'ye indirmek, PC'ye Altera şirketi - Quartus II'nin geliştirme ortamını yüklemek ve derlemenin hatasız olmamasını sağlamak için bu geliştirme ortamında yazılı VHDL programını derlemek için kullanılır. ve işlev uygulanır. İndirme kablosunu JTAG arayüzüne bağlayın ve Quartus II tarafından sağlanan programlama indirme aracı aracılığıyla CPLD kartını indirin.

DSP arayüzü 8 veri hattı, 3 adres hattı ve 1 kontrol hattından oluşur. 8 veri hattı, kodlayıcı verilerinin ve diğer bilgilerin aktarılmasından sorumludur. 3 adres satırı, DSP komutlarının iletmekten ve CPLD terminalinde kod çözmekten sorumludur. CPLD, kodlayıcı verilerini veya diğer bilgileri, kod çözülmüş komuta göre 8 veri hattı aracılığıyla DSP'ye iletir. Kontrol hattı esas olarak CPLD ve DSP'nin eşzamanlı kontrolünü tamamlar.

20m aktif kristal osilatör esas olarak CPLD için bir referans saati sağlar. Saat sinyalinin sürülmesi altında, CPLD, kodlayıcı ile iletişim kurmak için 2,5MB/s'lik bir baud hızı üretir ve bazı mantık kontrol sinyalleri için 10m Hz saat oluşturur. 20m Hz saat frekansı sağlamak, güç kaynağından 3.3V DC voltajı gerektirir.

Seviye vites değiştirme devresi esas olarak 3.3V'ye 5V veya 5V ila 3.3V dönüştürmekten sorumludur, çünkü CPLD'nin çekirdek ve G/Ç bağlantı noktaları, ADM485 ve mutlak enkodörler için gerekli olan 3.3V'lik bir besleme voltajı gerektirir. Hem besleme voltajı hem de G/Ç bağlantı noktası sürücü devresi 5V'dir, bu nedenle seviye dönüşüm çipi LVC4245A ile 3.3V'ye 5V veya 5V'ye 3.3V dönüştürmek gerekir.

ADM485 ve çevresel devreleri, CPLD ve mutlak kodlayıcı yüksek hızlı iletişim arasındaki donanım bağlantısıdır. ADM485'in çalışma voltajı 5V'dir ve maksimum iletişim hızı 5MB/s'dir. Yerleştirme iletişimi için iki ADM485 yongasının kullanılması, iletişim hattındaki müdahale önleme yeteneğini artırabilir ve en uzun iletim mesafesi 1.2km'ye ulaşabilir. Periferik devre Şekil 3'te gösterilmektedir. Noktalı çizginin sağ yarısı mutlak kodlayıcının periferik devresine aittir. Çekme ve aşağı çekme dirençleri 1K ohm, mevcut sınırlayıcı direnç 220 ohm ve ADM485 SDAT veri çıkış pimidir. ADM485 SRQ veri giriş pimi, ADM485 DE harici kontrol pimidir, bu pim CPLD tarafından kontrol edilir. RS-485 iletişim protokolü yarı dubleks olduğundan, ADM485 yalnızca veri gönderme veya veri alma durumunda olabilir. ADM485 de yüksek olduğunda, ADM485 veri çıkış durumunda (yani CPLD veri alır). ADM485 DE düşük seviyede olduğunda, ADM485 veri girişi durumundadır (yani CPLD veri gönderir).