基于ARM与DSP的嵌入式运动控制器设计

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    引言
　　运动控制系统广泛地应用于工业控制领域，而嵌入式技术在工业控制领域的应用还不太成熟，近年来，工业控制对运动控制系统的要求越来越高，为了满足新一代运动控制系统的各项性能要求，嵌入式运动控制器应运而生。基于ARM与DSP运动控制芯片相结合的新一代运动控制系统，充分发挥ARM微控器与专业运动控制芯片MCX314As的各自特点，可方便的构成高性能的嵌入式运动控制系统。
　　运动控制芯片MCX314As
　　MCX314As是日本NOVA电子有限公司的DSP运动控制专用芯片，它是控制4轴的脉冲序列输出驱动伺服电机、步进电机的运动控制芯片，可用于工业自动化设备、工业机器人、测量设备、办公设备和家用电器等。可以进行各轴独立的定位控制、速度控制，另一方面亦可在4轴中任意的选择2轴或是3轴来进行圆弧、直线、位模式插补。输出脉冲频率高达4MHZ，误差低于±0.5最小插补单元，倍率1～500。每轴都有伺服反馈输入端、四个输入点和8个输出点，能独立地设置为恒速、线性、非对称S曲线加/减控制、非对称梯形加/减控制,并有2个32位的逻辑、实际位置计数器和状态比较寄存器，实现位置的闭环控制[1]。
　　MCX314As运动控制芯片能与8/16位数据总线接口，通过命令、数据和状态等寄存器实现4轴3联动的位置 、速度、加速度等运动控制和实时监视。在实际运用时可以把所有极其复杂的实时运动控制工作交给MCX314As芯片来处理，而主机CPU只需要向MCX314As芯片发出一系列的控制指令便能实现各种复杂的运动。
　　2 ARM微处理器S3C2410
　　S3C2410 是韩国三星公司的32位RISC嵌入式处理器。该处理器为手持设备和一般性应用提供了一个高性价比、低功耗、高性能的解决方案。该芯片基于ARM920T内核，采用五级流水线和哈佛结构，主频高达200MHz[3]。ARM920T具有全性能的内存管理单元MMU、独立的16KB指令和数据Cache以及高速AMBA总线接口。为了减少应用系统设计的成本，S3C2410集成了众多的常用资源，例如：LCD控制器、NANDFlash控制器、SDRAM控制器、系统片选逻辑以及一些常用的通讯接口等资源,使它广泛的应用于工业控制领域。
　　运动控制器的基本构成
　　由S3C2410和MCX314As构成运动控制器。在开发板S3C2410上设计有系统总线预留接口，预留了S3C2410芯片上的基于通用IO口的信号线，包括16位数据线、12位地址线、片选信号和一些读写控制信号线，以方便用户扩展应用电路。运动控制芯片MCX314As与S3C2410处理器的连接就是通过这个标准的系统总线接口电路，把两者的数据线、地址线、读写控制线、片选信号和中断等信号连接起来。在两者信号连接连接之间加入SN74ALVC164245的芯片来实现电平转换，同时驱动信号。另外还需要注意的是，我们使用的是16位数据线的传输，所以MCX314As芯片的H16L8引脚必须接上高电平。



　　图1 S3C2410与MCX314As的接口电路框图