周华平 马宏绪

     来源：《单片机与嵌入式系统应用》

     摘要：介绍一种基于dsp的多轴运行控制器的设计方案，包括控制器的各部分组成及功能，并给出相应的示意图。此种控制器设计个有集成度高、运算速度快、处理能力强等特点。

     关键词：dsp

     tms320f206 多轴运行控制器 pc/104总线

     引言

     现代化控制日新月异的今天，各类高速、高精度的控制设备得到了广泛的运用。作为一种实时补偿的控制方法，其相应的硬件设备要求在保持控制实时性的基础上，更要具有与主控机进行实时数据交流的能力。此类设备在很多数控设备、机器人控制等方面都有广泛的运用。另一方面，dsp是现在比较热门的技术，其芯片处理速度可以达到几十ns、几ns，甚至更高，处理精度为32位或更高，所以以其作主控芯片，在硬件设计上可实现具有高速、高精度的控制器。

     一般具备实时数据补偿能力的控制设备由三部分组成：主控机、控制器、控制实体。控制器（处理器）和主控机相互独立，控制卡通过总线与主控机相连，利用电缆对各采样点的控制信息进行采样，再与控机上存储的预定数据进行某种算法的处理之后，反馈到各控制点，从而实现“离线规划，实时补偿”的控制过程。再则，对于任何一种控制器，希望它的性能稳定，控制精度高，而且功耗低。我们设计的控制器也正是基于此种考虑的，且在各类工业级小板机上得到广泛的运用。它通过pc/104总线，栈连多级的外围设备。pc/104总线是一种在业控制方面运用广泛的工业标准总线结构，它独特的栈连扩展设备的结构设计，使得控制设备的集成度提高，体积更小，质量更轻，而且比插卡型稳定性能更好。

     在设计中，控制器必须达到以下标准：

     （1）采用pc/104总线标准；

     （2）具备与主控机进行实时数据交换的能力；

     （3）集成度高，采样性能稳定，并且低功耗；

     （4）单板具备多路控制能力；

     （5）采样速率近似达到100ksps。

     在综合考虑的基础上，我们选用tms320f206（以下简称f206）芯片。它有32kb的片内闪速存储器，可以存储可执行程序，从而，在不需要外扩存储器的基础上，就能满足控制运算所需存储空间，而且，片内存储器与外部存储器相比，有几个特点：具有比外部存储器更高的性能、更低的成本价格和更低的功耗。

     控制器设计原理

     作为一种具备实时数据补偿的控制器，要求采集的数据在第一时间内提交给公用存储器。主控机进行读取，并进行相应处理。处理好的数据反馈给控制器，从而完成一个控制过程。总体示意如图1所示。

     1.a/d、d/a转换单元

     对于a/d转换单元，我们采用max197作为模/数转换器件，如图2所示。针对max197的特点，作了以下的设计。

     （1）+5v电压供电，8位并行采样数据总线与f206的低8位数据总线连接。max197为12位并行采样，其d0～d3与d8～d11并用4根数据线，通过hben脚来决定选择d0～d3还是d8～d11。所以利用f206的通用输出引脚xf与hben连接，通过置xf实现数据的选择读取。max197通过写入相应的数据开始转换，转换结束之后，产生中断int1，与f206的int1连接，使程序进入中断子程序，以便对刚采样的数据进行相应的处理。

     （2）max197的转换时间为6μs，100ksps的采样速率；有8位模拟量输入通道，可通过编程来选择全部或是一部分。为了保证一定的采样速度，控制器选择其中的4路。

     （3）采用外部参考内部获取控制，并使用内