MPC03运动控制卡在激光雕刻领域的研究与应用

2．MPC03卡设计和功能实现
⑴ 硬件电路设计
在MPC03卡中主要有DSP、FPGA两个功能芯片，在DSP周围扩展了多个FLASH和SRAM来存储程序和数据，每两个FLASH和SRAM可以共用一个片选信号CS，组成高低双字32位数据总线进行读写，可以提高DSP与MEMORY的通信速度，同时为FPGA配置了一个EPROM来存储下载的程序。连接DSP局部总线和PCI接口的芯片是PCI总线控制器（PCI桥），它包含了一个128KBit的双口共享存储器，来实现DSP局部总线和PCI系统总线的数据交换，另外为其配置了一个EEPROM来存储数据，同时本卡顺应了即插即用接口设计趋势，扩展了USB接口。本文提到的DSP和FPGA都是低能耗、低电压操作，I/O信号电压是3.3V，而内核电压是1.8V，所以配置了能同时输出3.3V和1.8V两种电压的电压调整器。请参照MPC03卡逻辑结构图。
FPGA资源充足，性价比高，能现场重复多次编程，可以针对不同的小批量客户的具体要求，灵活地修改设计。DSP具有高速浮点运算的能力，对S-曲线运动过程中的数据和一些插补算法，进行运算处理，摆脱对PC机的依赖，并把处理的数据实时地与FPGA通信。PCI接口使用比较普遍，总线资源丰富，通讯速度块、寻址空间范围大。USB接口可实现脱机工作，不必为每块卡配置一台PC机，工业现场使用方便，成本低，符合时代发展趋势。
⑵ 解决问题的方案
由于本方案确定得当，在每一片FPGA芯片上可以实现四轴功能完全相同但彼此相互独立的操作，能够实现多轴联动，对于平面图形和三维图形处理，可以采用两轴和三轴联动即可。
　　在高速往返运动和快速行推进过程中，如果不加技术处理，如梯形图所示，在加速度很大的高速运动过程中，就会出现振动、冲击，图形就会出现不规则的错位，严重时就会出现类似波纹状的变形。如果将加速度减小，则增速时间（t2－t1）就很大，由于加工区在高速段（FH匀速段），这样就造成有效加工幅面减小。为了解决这个问题，在变速运动中采用S曲线，可以使运动在很短的时间里，由低速向高速或由高速向低速平缓地过渡。经过现场反复的实验，在同一设备上，可以大大的提高工作效率和图形的加工质量。