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机床行业应用
PLC&FJ2007年1月
Machine Industry Application
基于DSP的两轴运动控制器的设计研究
Design and Research of 2-AXIS Motion Controller Based on DSP
宁波大学信息科挙与工程半浣毛
Mao Yuehui
摘要:讨论基于DSP芯片TMS320LF2407的两轴运动控制器,包括系统软件设计、DSP的外围电路设计、两驱
动电机的功率驱动电路设计以及转速和转角的电路设计等。实验结果迁明了模型建立的正确性和系统设
计的有效性。
关键词:两轴运动控制器DSP芯片驱动电机
Abstract: It is designed of a kind of -axis motion controller based on DSP chip TMS320LF2407 including design of system
software, periphery circuit of DSP, power drive circuit of double drive motor and circuit of rotate speed and angle. The
systemic experiment is finished to prove the validity of model creation and system design. The design could be the
theory and practical basis of future research of multi-axis motion controller
Key words: 2-axis motion controller DSP chip Drive motor
中图分类号」TP273
文献标识码】B
文章编号1606-5123(2007)01-0107-06
1引言
本课题设计基于DSP2407A的两轴运动控制器,
包括系统硬件设计部分和系统软件设计部分:硬件设计
中,驱动电降采用芯片L298,利用内部的两个桥式电对工
路来驱动电动机,考虑到DSP的工作电压为3.3V,所
以在输入输出上都要进行必要的电平转换转速和转角
设定采样电路是极为重要的,在DSP的A/D接口上进
1控制系框图
行采样,采进来的电压由分流电阻提供,采样值在转换
后最终送人比较单元,从而改变PWM的占空比,对电
本系统驱动电机采用额定电压12V,额定转速
机进行控制。软件设计中,完成主程序的设计和中断子2400r/min的永磁直流伺服电动机。
程序设计。最后对系统进行开环控制的实验研究,给定2.1控制系统硬件设计
电机不同的速度设定和在速度一定时,给定不同的转
整个运动控制器以DSP为核心,分为DSP外围电
角设定,分别得出了具体的对应关系。
路设计、L298在系统中应用、速度设定信号和转角设
定信号采样电路设计、转向控制、PWM波形的输出连
2控制系统介绍
接以及电平转换电路。
基于DSP2407A的两轴运动控制器,控制系统框2.2DSP外围电路设计
图如图1所示。
(1)电源
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(Pc&FA2007年1月
机床行业应用
Machine Industry Applicati
DSP2407的工作电压为3.3V,使用5V电源输入时
的电源转换图如图2所示。
-8
8,经
图5JTAG接口图
图2电源电路
(2)晶体振荡器
DSP接有一个10M的有源振荡器,如图3所示,内
核CPU接收到输入时钟 CLKIN/( CPU CLK),再重新复
位后,PLL能够编程为 CPUCLK*4,这样的结果就可
图6电机的驱动电路
以得到40M的输出时钟。
1.122
控制器。L298是内部集成有两个桥式电路的芯片,它
是驱动两相和四相步进电机的专用芯片,利用它内部
的桥式电路来驱动直流电机。每两个输出控制一台电
XT
机,调节输出端上的PWM波形占空比就可以改变电机
的速度,电路控制比较简单。为保证芯片的正常使用和
3晶振连接图
电机的正常运转,电路中必须加上续流元件,选择快速
(3)复位电路
恢复元件为续流二极管,型号FR207,它能提供2A的
为使控制系统上电后正常工作,须对DSP寄存器和过流保护,为电机的安全运行提供了保障。具体要求
I/O端口进行复位。系统可以进行输入输出的复位,内2A的快速恢复二极管,快速恢复时间不大于200ns。
部复位是利用看门狗RS管脚拉低的情况下产生的;外L298芯片的使能端控制如图7所示。
部复位只要选择SW1,主机复位是对扩展接口P4的PS
引脚和RS引脚进行设置,使其产生复位信号。复位电
详的时5
施解
路如图4所示。
う、
图7L298的使能端控制电路
4复位电路连接日
2.4速度设定信号和转角设定信号采样电路设计
(4)JTAG(芯片内部测试的IEEE1149.1兼容国际
本系统采用两路A/D转换,分别控制电动机的转速
标准协议)
和转角变换。如图8所示。在加入外部电压3.3后,通
DSP具有一个14个引脚的接P5,通过这个JTAG过分流电阻检测,经过一个射极跟随器LM324送入
口对TI生产的DSP芯片进行仿真(图5)。
LF2407中,再经过A/D转换送入比较单元,控制输出
2.3L298芯片应用
的PWM占空比,从而控制电机的转速和转角。由于
如图6所示
LF2407工作电压只有3.3V,故输入电压最大不能超过
本系统设计了单方向前进运动的移动机器人运动3.3v,选用3.3V外部电压信号,分流电阻一般选用10K
108 Programmable controller&factory automation