基于FPGA的跟踪伺服器在光电经纬仪中的应用

　　0　引言

　　随着我国研制的光电经纬仪逐渐向着高精度、高集成度的方向发展,为了满足精度的要求,越来越多的控制算法被应用到伺服控制系统中。系统使用越来越高的采样频率,以传统单片机作为核心处理芯片的伺服控制系统已难以满足运算速度的要求,而采用基于PC-104工业总线的控制板卡构成的伺服控制系统,虽然可以满足要求,但是价格昂贵、集成度差。本文结合采用直流力矩电机作为执行元件的光电经纬仪,阐述以EP1C12Q240C8和TMS320F2812为控制核心的软、硬件设计。

　　1　硬件结构设计

　　在深入研究某经纬仪的功能要求和技术指标的基础上,参照目前基于PC104的伺服控制器,开发出了基于DSP+FPGA的伺服控制器。该控制器的硬件原理框图如图1所示。

　　TMS320F2812是TI公司针对数字控制领域而推出的,它是目前控制领域最高性能的处理器,具有控制精度高、速度快、使用灵活以及集成度高等优点,已广泛应用于工业自动化、光学网络以及自动化控制等领域。在本伺服控制系统中,为了提高运行的速度和数据的存放,扩展了一个外部存储器CY7C1041V33,伺服控制器工作时在其内部运行伺服控制程序,产生控制方位和俯仰电机的PWM信号,驱动光电经纬仪的转台跟踪目标,使目标始终处于光学视场范围之内,保证快速稳定跟踪。

　　在设计伺服控制卡的电路时,并没有使用TMS320F2812全部外设接口,而只是使用其中的一小部分,如GPIO接口和EVA/EVB接口。由于采用可编程逻辑器件(FPGA),使得DSP的硬件电路设计非常简单。将DSP的数据总线、地址总线、读写控制线以及中断信号线都引入到FPGA中,根据特定的要求,在FPGA内完成时序和逻辑设计,如为TL16C554,AD7864提供地址选通信号等。另外本伺服控制系统的I/O口的数量较多,还需要在FPGA内完成扩展I/O口的功能。

　　1·2　FPGA的电路设计

　　根据伺服控制器的结构和功能,采用模块化的设计思想,对FPGA设计进行模块分解,如FPGA需要对扩展I/O口的功能,还需要对为TL16C654和AD7864提供片选和读写信号等。FPGA内的功能模块如图2所示。

　　TL16C654地址译码模块:在FPGA内部,针对DSP的读写以及地址信号进行译码,为TL16C654提供读写信号以及片选等信号;

　　AD7864地址译码模块:对DSP的地址信号进行译码,为AD7864提供读写、片选以及通道选择等信号。

　　根据FPGA的设计框图,在设计程序时采用模块化的设计思想。每个模块都独立设计(即每个模块都是一个文件),最后建立一个顶层文件,将各个模块有机的联结起来。

　　1·3　串行收发模块设计