CN208110367U - 一种运动控制卡 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种运动控制卡，该运动控制卡包括：PCI总线模块以及控制模块；PCI总线模块，连接在上位机和控制模块之间，以下发上位机的数据控制指令并上传相应的控制信号；控制模块包括FPGA模块和DSP模块；FPGA模块，连接在PCI总线模块和DSP模块之间，以接收数据控制指令并传送至DSP模块，并接收DSP模块基于数据控制指令所生成的控制信号；DSP模块，与数字电机驱动器相连，以根据数据控制指令生成控制信号发送至数字电机驱动器；DSP模块为MCX314芯片。采用上述技术方案缩短了运动控制卡的开发周期、降低了开发难度，同时提高了运动控制卡使用过程中的时效性和稳定性的技术效果。

Description

一种运动控制卡

技术领域

本实用新型实施例涉及数控技术领域，尤其涉及一种运动控制卡。

背景技术

运动控制卡是实现运动控制技术的核心部件，它将上位机预定的控制方案、规划指令转换为期望的机械运动，实现对伺服电机以及步进电机等动力装置的位置、速度、加速度以及转矩等的控制。

现有技术中通常采用FPGA结合单片机或TMS320等处理器作为控制核心，虽然可以按照用户要求进行定制，以实现对电机的运动控制，但其开发周期长、难度大、时效性和稳定性较差。

实用新型内容

本实用新型提供一种运动控制卡，以减少运动控制卡的开发周期和开发难度，同时提高运动控制卡的时效性和稳定性。

本实用新型实施例提供了一种运动控制卡，包括：PCI总线模块以及控制模块；

所述PCI总线模块，连接在上位机和所述控制模块之间，用于将上位机所下发的数据控制指令传送至所述控制模块；以及，将所述控制模块基于所述数据控制指令所生成的控制信号上传至所述上位机；其中，所述控制模块包括FPGA模块和DSP模块；

所述FPGA模块，连接在所述PCI总线模块和所述DSP模块之间，用于接收所述数据控制指令并传送至所述DSP模块，并接收所述DSP模块基于所述数据控制指令所生成的控制信号；

所述DSP模块，与数字电机驱动器相连，用于根据接收的所述数据控制指令生成控制信号发送至所述数字电机驱动器；其中，所述控制信号包括电机驱动信号，用于驱动至少一个电机运动，所述DSP模块为MCX314芯片。

进一步地，该运动控制卡，还包括：单片机模块和至少一个数模转换模块；

所述单片机模块，与所述FPGA模块相连，用于接收所述控制信号；

所述数模转换模块，与模拟电机驱动器相连，用于将所述控制信号包括的电机驱动信号转换为预设幅值的模拟信号，以控制至少一个电机运动。

进一步地，所述控制信号还包括机台控制信号；所述运动控制卡还包括通用输入输出模块；

所述通用输入输出模块，连接在所述单片机模块和机台开关之间，用于接收所述机台控制信号，以控制所述机台开关的工作状态；

所述通用输入输出模块，还用于获取所述机台开关的状态信息，并将所述状态信息通过所述单片机模块、所述FPGA模块和所述PCI总线模块依次上传至所述上位机。

进一步地，所述通用输入输出模块，还与手动脉冲发生器相连，用于接收手动脉冲发生器所产生的手轮信号，并将所述手轮信号通过所述单片机模块和所述FPGA模块传输至所述DSP模块；

所述DSP模块将所述手轮信号经逻辑运算后生成所述控制信号。

进一步地，该运动控制卡，还包括：

隔离模块，连接在所述DSP模块和所述数字电机驱动器之间，用于进行光电隔离。

进一步地，所述PCI总线模块，包括PCI控制模块和电平转换模块：所述PCI控制模块，与所述上位机通过PCI总线连接，用于将所述数据控制指令传送至所述电平转换模块；以及，将所述控制信号上传至所述上位机；

所述电平转换模块，与所述FPGA模块连接，用于实现所述PCI控制模块与所述FPGA模块之间交互数据的电平转换。

进一步地，该运动控制卡，还包括：

内部电源模块，分别与所述FPGA模块和所述DSP模块相连，用于分别为所述FPGA模块和所述DSP模块提供工作电源。

进一步地，该运动控制卡，还包括：

外部电源模块，与所述单片机模块相连，用于为所述单片机模块提供工作电源。

进一步地，该运动控制卡，还包括：

指示灯模块，与所述控制模块相连，用于指示所述FPGA模块和/或所述DSP模块的工作状态。

进一步地，所述指示灯模块还与所述通用输入输出模块相连，用于指示所述机台开关的工作状态。

本实用新型通过设置由FPGA模块和MCX314芯片组成控制模块，接收上位机下发的数据控制指令并基于该数据控制指令形成驱动电机运动的控制信号，解决了现有技术中运动控制卡开发和使用时体验不佳的技术问题，达到了缩短运动控制卡的开发周期、降低开发难度，同时提高运动控制卡使用过程中的时效性和稳定性的技术效果。

附图说明

图1是本实用新型实施例一中的一种运动控制卡的结构示意图；

图2是本实用新型实施例二中的一种运动控制卡的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的一种运动控制卡的结构示意图。该运动控制卡200包括PCI总线模块210以及控制模块220。

所述PCI总线模块210，连接在上位机100和所述控制模块220之间，用于将上位机100所下发的数据控制指令传送至所述控制模块220；以及，将所述控制模块220基于所述数据控制指令所生成的控制信号上传至所述上位机100；其中，所述控制模块220包括FPGA模块221和DSP模块222；

所述FPGA模块221，连接在所述PCI总线模块210和所述DSP模块222之间，用于接收所述数据控制指令并传送至所述DSP模块222，并接收所述DSP模块222基于所述数据控制指令所生成的控制信号；

所述DSP模块222，与数字电机驱动器310相连，用于根据接收的所述数据控制指令生成控制信号发送至所述数字电机驱动器310；其中，所述控制信号包括电机驱动信号，用于驱动至少一个电机运动，所述DSP模块222为MCX314芯片。

其中，运动控制卡200使用PCI总线模块210与上位机100链接，在使用时可直接插入到计算机的PCI插槽内。示例性地，PCI总线模块210中包含有PCI控制模块以及电平转换模块。示例性地，PCI控制模块可以由型号为CH365的PCI接口芯片及其外围电路构成。其中，PCI控制模块按照设定频率和设定方式传输上位机100所下发的数据控制指令至电平转换模块，并通过电平转换模块转换成FPGA模块221可接收的串口信号后，被FPGA模块221临时存储。

示例性地，FPGA模块221包括W25Q80flash芯片和M24512芯片及相应的外围电路。示例性地，该FPGA模块221所采用的时钟信号由频率为25MHz的有源晶振及其外围电路组成。FPGA模块221将接收的与数据控制指令相对应的串口信号发送至DSP模块222。

其中，DSP模块222所采用的时钟信号可以有16MHz的有源晶振及其外围电路组成。其中，DSP模块222将接收的数据控制指令进行逻辑运算，以输出控制信号。其中，逻辑运算可以是电机完成直线运动、圆弧运动、直线插补、圆弧插补、加速运动以及减速运动中的至少一种。其中，控制信号包括电机驱动信号，以控制与DSP连接的数字电机驱动器310按照所输出的电机驱动信号驱动电机完成相应的运动。其中，电机驱动信号可以是经驱动芯片26LS31输出的差分信号。其中，电机驱动信号包括X轴控制信号、Y轴控制信号、Z轴控制信号以及U轴控制信号的至少一种，以控制电机按照指令进行相应的运动。

当DSP模块222完成逻辑运算后，会将输出的控制信号传送至FPGA模块221临时存储，并经PCI总线模块210上传至上位机100进行存储，以便于工作人员进行控制指令的查阅。

本实用新型通过设置由FPGA模块和MCX314芯片组成的控制模块，接收上位机下发的数据控制指令并基于该数据控制指令形成驱动电机运动的控制信号，解决了现有技术中运动控制卡开发和使用时体验不佳的技术问题，达到了缩短运动控制卡的开发周期、降低开发难度，同时提高运动控制卡使用过程中的时效性和稳定性的技术效果。

进一步地，该运动控制卡200还包括隔离模块，连接在DSP模块222和数字电机驱动器310之间，用于进行光电隔离。示例性地，隔离模块可以采用型号为TLP292-4的隔离芯片。

实施例二

在上述技术方案的基础上，进一步地，如图2所示，该运动控制卡200还包括：单片机模块230和至少一个数模转换模块240；

所述单片机模块230，与所述FPGA模块221相连，用于接收所述控制信号；

所述数模转换模块240，与模拟电机驱动器320相连，用于将所述控制信号包括的电机驱动信号转换为预设幅值的模拟信号，以控制至少一个电机运动。

示例性地，单片机模块230可以包括型号为STM32F103的单片机。其中，单片机模块230的时钟信号可以由8MHz的无源晶振及其外围电路构成。示例性地，FPGA模块221与单片机模块230通过全双工通讯总线RS422进行控制信号的传输。示例性地，数模转换模块240可以包括集电极开路电路，用于通过开集电极输出预设赋值的模拟信号，以通过模拟电机驱动器320控制电机按照一定的方向和速度执行相应运动。其中，数模转换模块240所输出的电压可以是0-10V。

进一步地，在数模转换模块240和模拟电机驱动器320之间，还可以设置隔离模块，以实现光电隔离。

示例性地，在单片机模块230之后，还可以设置CAN总线模块，用于扩展通用I/O的数量，增加板卡的性能。

进一步地，所述控制信号还包括机台控制信号；所述运动控制卡200还包括通用输入输出模块250；

所述通用输入输出模块250，连接在所述单片机模块230和机台开关之间，用于接收所述机台控制信号，以控制所述机台开关的工作状态；

所述通用输入输出模块250，还用于获取所述机台开关的状态信息，并将所述状态信息通过所述单片机模块230、所述FPGA模块221和所述PCI总线模块210依次上传至所述上位机100。

示例性地，通用输入输出模块250可以是SCSI-68接口的所形成的端子板。其中，机台控制信号可以是控制机台中电磁阀、指示灯或者继电器等的开关信号。其中，状态信号可以是机台报警信号、到位信号、准备信号、限位信号、原点信号以及机台中光电开关、磁性开关等的输出信号等的至少一种。

进一步地，在通用输入输出模块250和机台开关之间，还可以设置隔离模块，以实现光电隔离。进一步地，为了增大控制信号的驱动能力，还可以在隔离模块之后增设一级驱动芯片。

进一步地，所述通用输入输出模块250，还与手动脉冲发生器相连，用于接收手动脉冲发生器所产生的手轮信号，并将所述手轮信号通过所述单片机模块230和所述FPGA模块221传输至所述DSP模块222；

所述DSP模块222将所述手轮信号经逻辑运算后生成所述控制信号，以通过数字电机驱动器310和/或模拟电机驱动器320实现对电机运动的手动控制。

进一步地，所述运动控制卡200，还包括：内部电源模块，分别与所述FPGA模块221和所述DSP模块222相连，用于分别为所述FPGA模块221和所述DSP模块222提供工作电源。进一步地，还可以在外部电源模块与FPGA模块221和DSP模块222之间增设电源隔离模块，以实现光电隔离。

进一步地，所述的运动控制卡200，还包括：外部电源模块，与所述单片机模块230相连，用于为所述单片机模块230提供工作电源。进一步地，还可以在外部电源模块与单片机模块230之间增设电源隔离模块，以实现光电隔离。

进一步地，所述的运动控制卡200，还包括：指示灯模块，与所述控制模块220相连，用于指示所述FPGA模块221和/或所述DSP模块222的工作状态。

进一步地，所述指示灯模块还与所述通用输入输出模块250相连，用于指示所述机台开关的工作状态。

本实用新型通过增设单片机模块和数模转换模块以产生可接入模拟电机驱动器的模拟驱动信号，实现对电机的运动控制；通过增设通用输入输出模块实现对机台开关的控制，同时将机台开关工作的状态信息经各模块上传至上位机进行备份以供工作人员查阅验证。采用上述技术方案解决了现有技术中运动控制卡开发和使用时体验不佳的技术问题，达到了缩短运动控制卡的开发周期、降低开发难度，同时提高运动控制卡使用过程中的时效性和稳定性的技术效果。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种运动控制卡，其特征在于，包括：PCI总线模块以及控制模块；

所述PCI总线模块，连接在上位机和所述控制模块之间，用于将上位机所下发的数据控制指令传送至所述控制模块；以及，将所述控制模块基于所述数据控制指令所生成的控制信号上传至所述上位机；其中，所述控制模块包括FPGA模块和DSP模块；

所述FPGA模块，连接在所述PCI总线模块和所述DSP模块之间，用于接收所述数据控制指令并传送至所述DSP模块，并接收所述DSP模块基于所述数据控制指令所生成的控制信号；

所述DSP模块，与数字电机驱动器相连，用于根据接收的所述数据控制指令生成控制信号发送至所述数字电机驱动器；其中，所述控制信号包括电机驱动信号，用于驱动至少一个电机运动，所述DSP模块为MCX314芯片。

2.根据权利要求1所述的运动控制卡，其特征在于，还包括：单片机模块和至少一个数模转换模块；

所述单片机模块，与所述FPGA模块相连，用于接收所述控制信号；

所述数模转换模块，与模拟电机驱动器相连，用于将所述控制信号包括的电机驱动信号转换为预设幅值的模拟信号，以控制至少一个电机运动。

3.根据权利要求2所述的运动控制卡，其特征在于，所述控制信号还包括机台控制信号；所述运动控制卡还包括通用输入输出模块；

所述通用输入输出模块，连接在所述单片机模块和机台开关之间，用于接收所述机台控制信号，以控制所述机台开关的工作状态；

所述通用输入输出模块，还用于获取所述机台开关的状态信息，并将所述状态信息通过所述单片机模块、所述FPGA模块和所述PCI总线模块依次上传至所述上位机。

4.根据权利要求3所述的运动控制卡，其特征在于，所述通用输入输出模块，还与手动脉冲发生器相连，用于接收手动脉冲发生器所产生的手轮信号，并将所述手轮信号通过所述单片机模块和所述FPGA模块传输至所述DSP模块；

所述DSP模块将所述手轮信号经逻辑运算后生成所述控制信号。

5.根据权利要求1所述的运动控制卡，其特征在于，还包括：

隔离模块，连接在所述DSP模块和所述数字电机驱动器之间，用于进行光电隔离。

6.根据权利要求1所述的运动控制卡，其特征在于，所述PCI总线模块，包括PCI控制模块和电平转换模块：所述PCI控制模块，与所述上位机通过PCI总线连接，用于将所述数据控制指令传送至所述电平转换模块；以及，将所述控制信号上传至所述上位机；

所述电平转换模块，与所述FPGA模块连接，用于实现所述PCI控制模块与所述FPGA模块之间交互数据的电平转换。

7.根据权利要求1所述的运动控制卡，其特征在于，还包括：

内部电源模块，分别与所述FPGA模块和所述DSP模块相连，用于分别为所述FPGA模块和所述DSP模块提供工作电源。

8.根据权利要求2所述的运动控制卡，其特征在于，还包括：

外部电源模块，与所述单片机模块相连，用于为所述单片机模块提供工作电源。

9.根据权利要求1-2以及5-8中任一项所述的运动控制卡，其特征在于，还包括：

指示灯模块，与所述控制模块相连，用于指示所述FPGA模块和/或所述DSP模块的工作状态。

10.根据权利要求3或4所述的运动控制卡，其特征在于，还包括：

指示灯模块，与所述控制模块相连，用于指示所述FPGA模块和/或所述DSP模块的工作状态。

11.根据权利要求10所述的运动控制卡，其特征在于，所述指示灯模块还与所述通用输入输出模块相连，用于指示所述机台开关的工作状态。