CN201749341U - 一种运动轨迹控制卡 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种运动轨迹控制卡，包括FPGA电路和PCI总线接口，其中，所述FPGA电路通过所述PCI总线接口与PCI总线相连；控制终端发送的控制命令经PCI总线，通过PCI总线接口发送至所述FPGA电路，FPGA电路接收所述控制命令后，对控制命令进行分析、处理，依据控制命令控制电机的运动。本实用新型可通过以PCI总线对电机进行运动轨迹控制，集成度高、工作可靠、结构简单，成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业工控领域，特别涉及一种运动轨迹控制卡。
背景技术
运动控制卡是一种安装在PC机中专门用于步进和伺服电机控制的板卡。它与PC机构成主从式控制结构：PC机负责人机界面的管理和其它软件运行工作，如：键盘和鼠标的输入、图形显示、网络通讯、图像处理、工程图纸处理等工作；而运动控制卡负责运动控制方面的所有细节工作，如：电机的脉冲和方向信号的输出、电机速度自动升降处理、直线插补和圆弧插补、原点及限位、数字式I/O控制等。
而运动轨迹控制是运动控制中的高级功能，广泛应用于金属加工、激光切割、激光焊接、激光打标、电子产品封装、机器人等自动化加工设备中。
现有技术中，运动控制卡多采用进口的运动控制专用芯片ASIC，PCI总线接口采用专用PCI桥芯片。现有技术中的主要问题是运动控制卡上无CPU模块，所以轨迹控制功能较弱，且功能无法添加、修改，产品的价格较高。
近年来，运动控制卡已经发展到了基于PCI总线的以DSP和FPGA作为核心处理器的运动控制卡，但需要同时借助DSP和FPGA两个部件才能完成运动控制的运算，结构较为复杂，且成本较高。
实用新型内容
本实用新型提供了一种运动轨迹控制卡，可通过以PCI总线进行运动轨迹控制。
本实用新型采用了如下技术方案：
一方面，本实用新型公开了一种运动轨迹控制卡包括FPGA电路和PCI总线接口，其中，所述FPGA电路通过所述PCI总线接口与PCI总线相连；
控制终端发送的控制命令经PCI总线，通过PCI总线接口发送至所述FPGA电路，FPGA电路接收所述控制命令后，对控制命令进行分析、处理，依据控制命令控制电机的运动。
上述的运动轨迹控制卡的一个实施例中，所述FPGA电路包括软核CPU和运动控制模块，所述软核CPU用于接收所述控制指令，并对控制命令进行分析和处理后，将控制命令发送至所述运动控制模块。
上述的运动轨迹控制卡的一个实施例中，所述运动控制模块包括时钟子模块、接口子模块、通用I/O接口、中断电路、缓存子模块、预置计数器、逻辑运算子模块、减速点控制子模块、加减速控制子模块、分频子模块、倍频子模块、脉冲输出子模块、直线和圆弧插补子模块；
其中，所述时钟子模块用于为运动控制模块的各个子模块提供时钟脉冲；
所述接口子模块将所述软核CPU输出的控制命令发送至缓存子模块；
所述缓存子模块存放控制命令；
所述预置计数器输出计数脉冲至减速点控制子模块和加减速控制子模块；
所述通用I/O接口和所述中断电路分别与逻辑运算子模块相连；
所述逻辑运算子模块输出控制命令至减速点控制子模块，控制其输出；
所述加减速控制子模块的输出信号通过分频子模块分频后进入倍频子模块，倍频子模块产生高频脉冲，通过脉冲输出子模块输出高频脉冲，实现高频脉冲控制；
同时，所述脉冲输出子模块输出脉冲至直线和圆弧插补子模块，通过直线和圆弧插补子模块输出，控制电机的直线和圆弧插补。
上述的运动轨迹控制卡的一个实施例中，所述缓存子模块中存放最多512条控制指令。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
本实用新型的运动轨迹控制卡包括FPGA电路和PCI总线接口，其中，所述FPGA电路通过所述PCI总线接口与PCI总线相连；控制终端发送的控制命令经PCI总线，通过PCI总线接口发送至所述FPGA电路，FPGA电路接收所述控制命令后，对控制命令进行分析、处理，依据控制命令控制电机的运动。采用FPGA电路实现运动轨迹控制，结构简单，成本低。
附图说明
图1示例性地描述了本实用新型的运动轨迹控制卡的结构图；
图2示例性地描述了本实用新型的FPGA电路结构图；
图3示例性地描述了本实用新型的FPGA中运动控制模块结构图。
具体实施方式
下面对照附图并结合具体实施方式对本实用新型进行进一步详细说明。
本实用新型公开了一种运动轨迹控制卡，包括FPGA电路和PCI总线接口，其中，所述FPGA电路通过所述PCI总线接口与PCI总线相连；
控制终端发送的控制命令经PCI总线，通过PCI总线接口发送至所述FPGA电路，FPGA电路接收所述控制命令后，对控制命令进行分析、处理，依据控制命令控制电机的运动。
实施例一：
如图1所示，本实用新型公开的运动轨迹控制卡包括FPGA电路和PCI总线接口，其中，所述FPGA电路通过所述PCI总线接口与PCI总线相连；
控制终端发送的控制命令经PCI总线，通过PCI总线接口发送至所述FPGA电路，FPGA电路接收所述控制命令后，对控制命令进行分析、处理，依据控制命令控制电机的运动。
上述运动控制器还包括CPLD电路，所述CPLD电路有两个用途，一是为所述FPGA固件加密，以保护版权，保护自主知识产权。
FPGA程序在烧录为FPGA固件的过程中，采用CPLD为其固件加密，可避免被破解，可保护版权，保护自主知识产权。
由于CPLD电路在刚刚上电时的输出处于不定态，因此，CPLD的另一个用途是设置一个上电初始电平，使其数字输出端在初始上电时保持稳定态，可保证整个设备在上电时不会因为不定态而产生误动作。
本实施例中，设置电平设置拨码开关，用户可通过电平设置拨码开关，方便地确定CPLD的数字输出端口上电时的初始电平。
上述运动轨迹控制卡还包括控制外围的PCI总线接口电路、单端转差分信号的电机接口电路、CPLD电路、有光电隔离的通用I/O接口电路、手轮(也称为手摇脉冲发生器)接口电路、编码器接口电路等。
如图2所示，所述FPGA电路包括软核CPU和运动控制模块，所述软核CPU用于接收所述控制指令，并对控制命令进行分析和处理后，将控制命令发送至所述运动控制模块。
本实施例中的FPGA电路还包括PCI总线接口模块、编码器接口模块、RAM控制模块、手轮接口模块、加密校验模块、CPLD控制模块等通用功能模块，在此不再赘述。
本实施例中，FPGA内部嵌入的软核CPU为32位，且主频为80MHZ。
软核CPU通过软件实现PCI通讯模块、编码器计数/倍频模块、PC指令处理模块、用户指令解释执行模块、运动控制模块、通用I/O控制模块、输入检测模块、输入处理模块、文件存储模块等具体功能。
在FPGA中采用软核CPU，计算能力、处理能力较强，具有优异的运动轨迹控制能力，并且集成度高、结构简单、工作可靠、价格低廉。
如图3所示，运动控制模块是运动轨迹控制卡的核心，所述运动控制模块包括时钟子模块、接口子模块、通用I/O接口、中断电路、缓存子模块、预置计数器、逻辑运算子模块、减速点控制子模块、加减速控制子模块、分频子模块、倍频子模块、脉冲输出子模块、直线和圆弧插补子模块；
其中，所述时钟子模块用于为运动控制模块的各个子模块提供时钟脉冲；
所述接口子模块将所述软核CPU输出的控制命令发送至缓存子模块；
所述缓存子模块存放控制命令；
所述预置计数器输出计数脉冲至减速点控制子模块和加减速控制子模块；
所述通用I/O接口和所述中断电路分别与逻辑运算子模块相连；
所述逻辑运算子模块输出控制命令至减速点控制子模块，控制其输出；
所述加减速控制子模块的输出信号通过分频子模块分频后进入倍频子模块，倍频子模块产生高频脉冲，通过脉冲输出子模块输出高频脉冲，实现高频脉冲控制；
同时，所述脉冲输出子模块输出脉冲至直线和圆弧插补子模块，通过直线和圆弧插补子模块输出，控制电机的直线和圆弧插补。
上述缓存子模块中存放最多可512条控制指令。
一般情况下，缓存子模块中存放多条控制指令，可消除Windows系统通过PCI总线与运动轨迹控制卡通讯所耗时间所产生的轨迹运动的瞬间停顿现象，可提高运动轨迹控制卡在进行高速轨迹控制时的速度及轨迹的平滑性。
实施例二：
本实用新型一个实施例的运动轨迹控制卡，包括68针的电机及I/O接口X1、40针的编码器接口X2、40针的I/O接口X3、12针的手轮接口X5、卡号设置拨码开关S1、数字输出口初始电平设置开关S2、指令脉冲输出方式设置跳线开关J1～J8。
PCI总线运动轨迹控制卡SMC5480的技术指标如下：
控制电机轴数：4个
指令脉冲频率：1～10.0M Hz
指令脉冲频率精度：±0.1Hz
指令脉冲设置范围：-2,147,483,647～+2,147,483,648(32位)
2至4轴直线插补精度：±1脉冲
2轴圆弧插补精度：±1脉冲
编码器信号计数器计数范围：-2,147,483,647～+2,147,483,648(32位)
编码器信号最大输入频率：6M Hz
外部手轮输入脉冲最大频率：1k Hz
通用数字输入口：28个，光电隔离
通用数字输出口：24个，光电隔离
函数库：支持Windows 98/NT/2000/XP/Win7操作系统使用VB、VC、Delphi、LabView软件进行应用软件开发。
实用新型的运动轨迹控制卡包括FPGA电路和PCI总线接口，其中，所述FPGA电路通过所述PCI总线接口与PCI总线相连；控制终端发送的控制命令经PCI总线，通过PCI总线接口发送至所述FPGA电路，FPGA电路接收所述控制命令后，对控制命令进行分析、处理，依据控制命令控制电机的运动。采用FPGA电路实现运动轨迹控制，结构简单，成本低。同时，FPGA中的缓存子模块中存放多条控制指令，可消除因为Windows系统与运动轨迹控制卡通讯所耗时间所产生的轨迹运动的瞬间停顿现象，可提高运动轨迹控制卡在进行高速轨迹控制时的速度及轨迹的平滑性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，但这只是为便于理解而举的实例，不应认为本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以做出各种可能的等同改变或替换，这些改变或替换都应属于本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种运动轨迹控制卡，其特征在于，包括FPGA电路和PCI总线接口，其中，所述FPGA电路通过所述PCI总线接口与PCI总线相连；
控制终端发送的控制命令经PCI总线，通过PCI总线接口发送至所述FPGA电路，FPGA电路接收所述控制命令后，对控制命令进行分析、处理，依据控制命令控制电机的运动。
2.如权利要求1所述的运动轨迹控制卡，其特征在于，所述FPGA电路包括软核CPU和运动控制模块，所述软核CPU用于接收所述控制指令，并对控制命令进行分析和处理后，将控制命令发送至所述运动控制模块。
3.如权利要求2所述的运动轨迹控制卡，其特征在于，所述运动控制模块包括时钟子模块、接口子模块、通用I/O接口、中断电路、缓存子模块、预置计数器、逻辑运算子模块、减速点控制子模块、加减速控制子模块、分频子模块、倍频子模块、脉冲输出子模块、直线和圆弧插补子模块；
其中，所述时钟子模块用于为运动控制模块的各个子模块提供时钟脉冲；
所述接口子模块将所述软核CPU输出的控制命令发送至缓存子模块；
所述缓存子模块存放控制命令；
所述预置计数器输出计数脉冲至减速点控制子模块和加减速控制子模块；
所述通用I/O接口和所述中断电路分别与逻辑运算子模块相连；
所述逻辑运算子模块输出控制命令至减速点控制子模块，控制其输出；
所述加减速控制子模块的输出信号通过分频子模块分频后进入倍频子模块，倍频子模块产生高频脉冲，通过脉冲输出子模块输出高频脉冲，实现高频脉冲控制；
同时，所述脉冲输出子模块输出脉冲至直线和圆弧插补子模块，通过直线和圆弧插补子模块输出，控制电机的直线和圆弧插补。
4.如权利要求3所述的运动轨迹控制卡，其特征在于，所述缓存子模块中存放最多512条控制指令。
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| CN2010202344928U CN201749341U (zh) | 2010-06-24 | 2010-06-24 | 一种运动轨迹控制卡 |
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| CN201749341U true CN201749341U (zh) | 2011-02-16 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102122913A (zh) * | 2011-03-18 | 2011-07-13 | 上海理工大学 | 一种超精细步进电机的控制器 |
| CN102749883A (zh) * | 2011-04-21 | 2012-10-24 | 武汉奥特先锋数控技术有限公司 | 数控切割机的控制系统 |
| CN109254567A (zh) * | 2018-07-11 | 2019-01-22 | 杭州电子科技大学 | 一种基于fpga的多轴工业机器人控制系统 |
| CN110174864A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-08-27 | 苏州创鑫激光科技有限公司 | 激光打标的控制方法、计算机可读存储介质及激光打标机 |
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2010
- 2010-06-24 CN CN2010202344928U patent/CN201749341U/zh not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee |
Owner name: SHENZHEN LEADSHINE INTELLECTUAL CONTROL CO., LTD. Free format text: FORMER NAME: SHENZHEN LEADTECH CONTROL TECHNOLOGY CO., LTD. |
|
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: Shenzhen City, Nanshan District Province on 518052 Guangdong Nanyou Cheonan industrial estate Liang road two floor, C D Patentee after: Shenzhen Leadshine Intelligent Control Co., Ltd. Address before: Shenzhen Nanshan District City, Guangdong province 518052 Dengliang Road No. 25 Tian Nanyou industrial district six building four floor Patentee before: Shenzhen Leitai Control Technology Co., Ltd. Address after: Shenzhen City, Nanshan District Province on 518052 Guangdong Nanyou Cheonan industrial estate Liang road two floor, C D Patentee after: Shenzhen Leadshine Intelligent Control Co., Ltd. Address before: Shenzhen Nanshan District City, Guangdong province 518052 Dengliang Road No. 25 Tian Nanyou industrial district six building four floor Patentee before: Shenzhen Leitai Control Technology Co., Ltd. |
|
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20110216 |