根据PCI总线的STM32运动控制卡的规划

摘要：在深入分析了意法半导体公司推出的STM32、高速PCI总线以及运动操控卡的功用和结构特色的基础上，规划了一款可直接插在PCI插槽中的伺服运动操控卡。不只可大大降低了本钱，更为开放式数控体系的研讨供给了一个全新的思路。结果标明，本文所规划的伺服操控卡满意了现在操控体系的功用和要求。
关键词：PMSM；STM32；运动操控卡；PCI

伴随着计算机的遍及，PC的功用、可靠性及运用环境也现已今非昔比，在工业范畴方面PC具有很多的支撑软件用以改进用户界面、图形显现、动态仿真、故障诊断、网络通讯等许多功用，此外，在总线的开发也因PC丰厚的接口资源和模块化规划而变得简略。因而，依据PC的开放式数控体系肯定是未来操控体系干流干流方向，开展开放式和构成具有自主产权软件型数字操控体系，是我国数控开展迈出实质性打破和赶超世界先进水平的一次良机。因而，文中研讨课题首要对数控体系实践要求动身，结合PC和高性价比的ARM系列芯片，运用含糊操控算法，规划一款功用安稳，高精度的伺服操控器，为推动伺服技能的开展具有重要意义。

1 体系结构
本体系选用的是“PC+运动操控卡”方法。其间，计算机机作为上位机，可以满意操控环节多、轨道杂乱、强柔性的设备的操控要求。
以ARM为中心的操控卡作为下位机，首要担任总线通讯、步进和伺服电机的操控，这样就构成了以ARM的CPU和计算机CPU主从式双CPU操控形式。计算机的多使命调度和强壮的处理才能，加上微处理芯片的现场习惯才能及高性价比，使得体系开放性好，可靠性高，并根本满意现阶段绝大多数工业操控的要求。

2 运动操控卡硬件规划
2．1 双口RAM与STM和CH365的衔接
本文依据PCI总线的运动操控卡硬件方面首要包含2个部分：1)STM32最小体系，2)PCI总线。选用双口RAM芯片IDT7025作为STM32与CH365双向通讯的缓冲芯片。
本规划中，双口RAM IDT7025作为STM32与PC都可以读写RAM中的数据，RAM右端与PCI通讯芯片CH365衔接，这样就可以映射到CH365的存储空间；左端口则与STM32相连，便于STM32的随时拜访。其间IDT7025需求5 V电压供电，而ARM芯片的供电电压时3．3 V，所以需求电压转化，这儿挑选了SN74LVTH16245。这部分的衔接如图2所示。本文将双口RAM分红两个独立的存储空间；高4 k空间用于计算机向STM32传送操控指令，低4 k空间用于STM32向PC传递反应的数据。

2．2 CH365与PCI接口完结
CH365与PCI部分的衔接如图3所示。图中，电容C1～C4完结电源的去耦，C2～C4是巨细为0．1 μF的高频瓷片%&&&&&%，PCB规划进程中就近并联在芯片CH365的三组电源输入输出引脚上。而地址线A15～A0作为偏移地址，数据总线D7～D0装备为读操作时的数据输入，以及写操作时的数据输出。IOP_RD为供给I／O读操作时片选脉冲信号，相同，IOP_WR用于供给I／O写操作时的片选信号，MEM_RD用于供给存储器读选通脉冲信号，MEM_WR用于供给存储器写选通脉冲信号，上述引脚的读写选通脉冲信号都是低电平有用。在I／O读写进程中，CH365的A7～A0输出I／O端口供给给其他设备的有用的位偏移地址，偏移地址也可以被译码产生二级片选信号去习惯操控的要求。相同，在I／O读写进程傍边，CH365的A15～A10的电平坚持安稳，内部寄存器可以在输出之前决定要输出状况，A9～A8担任完好的输出PCI总线地址，经过对CH365的A9～A0的输出地址的译码就可以运用芯片具有的本地硬件定址功用，经过MER_WR引脚向CH365芯片发送本地定址的恳求，终究完结与ISA总线相兼容的地址范围内的I／O端口定址。因而，在读写操作产生的进程中，CH365的A14～A0输出供给的有用偏移地址；CH365的A15电平保持不变，由内部寄存器提早设定电平凹凸，用完结地址线扩展或许页面挑选；而区别各个端口则经过CH365的A7～A0的地址译码来完结。

3 运动操控卡软件规划
3．1 参数自调整在线插值含糊操控算法
经典的在线含糊PID算法的完结实质上是一个查表输出的进程，由于差错与差错改变率均被不可避免的含糊量化相对取整，使操控器凋节呈现死区，操控参数的分区会引起的调理不细。从理论上讲，只需不断添加操控含糊化量个数，进行等级细分，但它必然受计算机字长约束，使含糊操控没有了优势。
在线插值算法等同于将论域内的分档趋于无量大，即经过线性插值的方法在操控规矩表相邻分档之间增加无量个新的、细分化的操控规矩，对原有的操控规矩加以完善，是一种快速精确的并且切实可行的操控算法。

参数自调整在线插值含糊操控器如图4所示。量化参数、份额系数Ku都会影响体系动、静态功用，调理份额因子的因果关系很直观，终究也会起到影响Ke和Kec的作用，挑选在线自调整Ku值可以起到杰出的作用，不至体系过于杂乱而影响实时性。
文中运用在线差值操控算法的特色，规划了算法完结的软件流程，如图5所示。

3．2 操作体系下的功用完结
为满意多使命的调度和体系实时性的要求，软件的全体完结，本规划引进μC／OS-Ⅱ操作体系。
3．2．1 RTL8019AS底层驱动程序
通常情况下，用户依据硬件芯片型号找到RTL8019AS底层驱动程序库的编写所需求的文档资料即可编写相关的底层函数，其首要功用函数如下：
NicInit()一RTL8019AS的初始化；
NicClose()一封闭RTL8019AS芯片数据收发功用；
NicReset()一复位RTL8019AS芯片；
EtherOutput()一数据包输出；
Etherlnput()一数据包接纳。
网络通讯还需求底层RTL8019AS驱动程序支撑，参阅R，rL8019AS以及AT91FR40162，即可编写出针对此体系的RTL8019AS底层驱动程序。
3．2．2 依据μC／OS-Ⅱ实时操作体系主函数及相关使命的编写与嵌入

4 结束语
对上述的程序进行调试后，并结合硬件调试标明文中所规划的运动操控卡可以完结精确的方位及速度操控，受控电机运转平稳，根本能完结对电机的操控功用，通讯安稳。关于长时间的安稳性测验，现在浙江绍兴某袜机公司的试着运营阶段，初期体现杰出。