Philips PM3225系統(tǒng)硬件整體設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)是*的控制核心,它不但要實(shí)現(xiàn)對(duì)多軸步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)和光源控制,還要實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)信息的交互和其他重要功能。*的主控制板的設(shè)計(jì)由EP3C16Q240C8zui小系統(tǒng)擴(kuò)展而成,根據(jù)FPGA功能實(shí)現(xiàn)及相關(guān)外設(shè)擴(kuò)展對(duì)插針接口進(jìn)行適當(dāng)更改,并添加了USB通信接口、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和行程開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入端的光電隔離電路。*控制系統(tǒng)的主控制板硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。
Philips PM3225主控制板中FPGA使用的是Altera公司生產(chǎn)的Cylone III系列芯片EP3C16Q240C8N,該芯片擁有15,408個(gè)邏輯單元;可以提供516,096字節(jié)的RAM;另外芯片內(nèi)部還自帶有4個(gè)鎖相環(huán),可以保證系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)在高速運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選擇使用Allergo公司生產(chǎn)兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片SLA7042M,它能夠?qū)崿F(xiàn)超平滑低速驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)主芯片和外部設(shè)備通信,控制板需要將3.3V和5V的電平相互轉(zhuǎn)換,系統(tǒng)使用TI公司生產(chǎn)的16位3.3V-5V電平轉(zhuǎn)換芯片SN74ALVC164245.USB接口控制芯片采用PDIUSBD12,它集成了SIE FIFO存儲(chǔ)器、收發(fā)器以及電壓調(diào)整期,適用于許多的外部設(shè)備。
3.Philips PM3225硬件功能實(shí)現(xiàn)
Verilog HDL是一種硬件描述語(yǔ)言,主要用于從算法級(jí)、門(mén)級(jí)到開(kāi)關(guān)級(jí)的多種抽象設(shè)計(jì)層次的數(shù)字系統(tǒng)建模.FPGA芯片是*主控制板的核心部件,本設(shè)計(jì)方案中使用Verilog HDL在FPGA上實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)的信息交互、多軸聯(lián)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制、對(duì)光源的控制等功能,F(xiàn)PGA內(nèi)部功能模塊如圖2所示。
1)Philips PM3225USB接口控制模塊:FPGA內(nèi)部USB固件程序,實(shí)現(xiàn)FPGA與上位機(jī)USB接口通信。
2)時(shí)鐘模塊:對(duì)外部的16MHz時(shí)鐘進(jìn)行分頻、倍頻處理,產(chǎn)生FPGA工作所需各種頻率的時(shí)鐘信號(hào)。
3)指令分析模塊:分析收到的上位機(jī)指令,根據(jù)規(guī)定的指令協(xié)議,產(chǎn)生執(zhí)行命令并將執(zhí)行指令發(fā)送到各個(gè)執(zhí)行模塊。
4)Philips PM3225步進(jìn)電機(jī)控制模塊:執(zhí)行FPGA送達(dá)的三軸步進(jìn)電機(jī)控制指令,對(duì)各軸的電機(jī)進(jìn)行細(xì)分、變速控制,zui終通過(guò)給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)送不同的命令實(shí)現(xiàn)電機(jī)的三軸聯(lián)動(dòng)。
5)光源控制模塊:控制光學(xué)系統(tǒng)的5個(gè)LED紅外光源和3個(gè)視覺(jué)輔助光源3個(gè)視覺(jué)輔助光源引導(dǎo)人眼注視方向,5個(gè)LED紅外光源輔助系統(tǒng)的對(duì)焦功能。
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