[发明专利]基于FPGA的四轴运动控制卡

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的四轴运动控制卡，属于数控技术领域。

背景技术

目前，在数控技术领域中，运动控制卡是实现运动控制技术的核心部件，它将预定的控制方案、规划指令转变为期望的机械运动，实现对被控目标精度的位置控制、速度控制、加速度控制、转矩或力的控制等。运动控制卡、工业PC、伺服驱动器和电机一起构成完整的运动控制单元。经过对现有技术的文献检索发现，王挺等在《仪器仪表学报》2008年第8期增刊上发表的“基于C8051的运动控制卡研制和应用”一文中，给出了一种基于C8051F060单片机的运动控制卡的架构，但是该技术存在以下缺点：采用C8051F060单片机为控制核心，插补速度比较慢；单片机的IO口较少，限制了运动控制卡的硬件可分配地址；逻辑电路复杂，成本高、时效性和稳定性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种实时性和稳定性好、速率快，具有可编译功能、并且能够满足用户对四轴伺服控制的基于FPGA的四轴运动控制卡。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于FPGA的四轴运动控制卡，它包括FPGA模块、数模转换模块和模拟信号调理模块，FPGA模块的输入端上分别连接有输入信号光耦隔离模块、脉冲输入信号光耦隔离模块、可编译输入信号光耦隔离模块和时钟模块，FPGA模块的输出端分别连接有可编译输出信号光耦隔离模块和输出信号光耦隔离模块以及分别输出四轴控制信号的输出信号驱动模块，PCI接口模块通过双向传输线与FPGA模块连接，数模转换模块的输入端与PCI接口模块的输出端连接，数模转换模块的输出端与模拟信号调理模块的输入端连接。

进一步，所述的PCI接口模块上还通过双向传输线连接有数据储存模块和PCI插槽。

采用了上述技术方案后，PCI接口模块通过计算机的PCI总线进行数据通讯，该PCI接口模块可以对数据存储模块进行数据交换从而实现数据存储，PCI接口模块控制数模转换模块产生模拟电压，经模拟信号调理模块调整为0～10V的模拟信号输出，该信号可用来控制数控系统的主轴转速，PCI接口模块与FPGA模块进行数据交换，该FPGA模块设计了数据交换，数据缓存、信号控制、插补运算等功能；FPGA模块可以读取经输入信号光耦隔离模块隔离的输入信号，这些输入信号可以是数控系统的开关信号和原点、零点、限位信号等；FPGA模块可以读取经可编译输入信号光耦隔离模块隔离的可编译输入信号，这些可编译输入信号的功能可以单独进行预先编程设定，也可以将这些可编译输入信号进行预先组合编程设定；FPGA模块可以输出一些控制信号，这些输出信号可以控制数控系统的润滑开启、冷却开启、主轴开启等动作信号，并且这些控制信号经输出信号光耦隔离模块隔离后输出；FPGA模块可用来接收脉冲输入信号(如手摇脉冲发生器、外部脉冲电路的信号)，这些脉冲输入信号经过脉冲输入信号光耦隔离模块隔离后接到FPGA模块，FPGA模块接收到的这些脉冲输入信号可以作为数控系统控制指令，如数控系统运动的精确位移或速度信号等；FPGA模块经内部的插补逻辑产生运动控制脉冲信号(最高输出频率达200KHz)和方向控制信号，这两种信号经输出信号驱动模块驱动后输出，可以用来控制数控系统中的四个轴(X、Y、Z、A轴)的运动驱动电机；FPGA模块可以输出一些可编译控制信号，这些可编译控制信号的功能可以单独进行预先编程设定，也可以将这些可编译控制信号进行预先组合编程设定，这些可编译控制信号经可编译输出信号光耦隔离模块隔离后输出；此外时钟模块为FPGA模块提供稳定可靠的时钟，这样就实现了实时性和稳定性好的功能，速率快，具有可编译功能、并且能够满足用户对三轴伺服控制的需要。

附图说明

图1为本发明的基于FPGA的四轴运动控制卡的原理框图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对发明作进一步详细的说明，

如图1所示，一种基于FPGA的四轴运动控制卡，它包括FPGA模块、数模转换模块和模拟信号调理模块，FPGA模块的输入端上分别连接有输入信号光耦隔离模块、脉冲输入信号光耦隔离模块、可编译输入信号光耦隔离模块和时钟模块，FPGA模块的输出端分别连接有可编译输出信号光耦隔离模块和输出信号光耦隔离模块以及分别输出四轴控制信号的输出信号驱动模块，PCI接口模块通过双向传输线与FPGA模块连接，数模转换模块的输入端与PCI接口模块的输出端连接，数模转换模块的输出端与模拟信号调理模块的输入端连接。