基于TMS320C6713与XC3S1000的伺服控制电路的设计

米月琴

（中国航天科技集团公司第十六研究所 陕西 西安　710100）

基于TMS320C6713与XC3S1000的伺服控制电路的设计

米月琴

（中国航天科技集团公司第十六研究所 陕西 西安710100）

基于设计一款高性能通用型的伺服控制电路的目的，通过器件选型，方案设计，研制了一款采用DSP芯片TMS320C6713以及FPGA芯片XC3S1000为主芯片的电路，文中详细叙述了控制信号处理板的设计思路、工作原理及数据接口，通过具体的各个电路模块的设计和软件编程实现了基于 DSP芯片TMS320C6713以及FPGA芯片XC3S1000的伺服控制电路的设计，从而验证了该伺服电路设计的有效性。

TMS320C6713；XC3S1000；电路设计；伺服控制

在伺服控制系统中，常常需要对数据进行传输和信号处理，而伺服控制电路主要完成多路信号的采样、转换，并通过各种总线方式进行通信。本文的研究对象是信号采集与数据通信技术，是信号处理的核心技术，综合运用了DSP、FPGA、A/D，D/A等技术，设计了一种通用的伺服控制电路，该电路具有成本低、实现简单、接口多，升级容易等优点。

1　设计选型

该处理板采用DSP+FPGA平台，DSP选用TI公司6000系列TMS320C6713，FPGA采用XILINX公司的SPARTAN-3 型100万门芯片XC3S1000，具体原理框图如图1所示。

1.1DSP芯片TMS320C6713

TMS320C6713是32位浮点型数字信号处理芯片，具备高处理能力和低功耗特性。具有32位外部存储器接口，但是由于该芯片内部存储空间有限，且不具备非易失性存储单元，为了满足设计需要，DSP模块采用外接程序和数据存储器，以实现大容量程序数据的存储与交换。如图1所示，其中外部FLASH芯片用于存储和加载程序，该芯片选用AMD公司的32 Mbits芯片AM29LV320DT，采用16位加载方式，低电压供电，满足设计要求；SDRAM芯片选用Micron公司的16位芯片MT48LC32M16A2，存储空间高达512 Mbits，刷新频率可达100 MHz，满足大容量数据的高速交换与存储［1-2］。

图1　信号处理板原理框图

1.2FPGA模块XC3S1000

该模块作为桥梁连接着DSP与外部接口，通过数据、地址总线，以及相应的控制线与DSP进行数据交换，响应DSP的各种指令，同时配置各种接口与外部通信，实现最终的伺服控制。

由于该平台需要对多通道信号进行并行处理，相应的内部资源需求会比较大，选用Xilinx公司 SPARTEN III系列100万门的FPGA芯片XC3S1000，该芯片采用VIRTEX-II架构，性价比很高。在嵌入式系统、高速信号处理的应用上很合适。

2　硬件电路设计

电路板主要有：串口通信电路、输入输出I/O电路、光耦输入/输出电路、AD/DA电路、电源电路、主控制器电路几部分组成［6］。

2.1串口通信电路

RS232接口选用MAXIM的MAX3222ECUP。该芯片具有两路独立的RS232串行接口，符合EIA/TIA-232标准传输协议。RS485接口选用MAXIM的MAX3485E。该芯片为半双工收发芯片，输出速率高达12 Mbps。RS422接口选用MAXIM的MAX3490E。该芯片为全双工收发芯片，输出速率高达12 Mbps。如图3所示［3］。

图2　串行通信原理设计图

2.2输入输出I/O电路

16路TTL电平数字输入、输出信号经过SN74LVC4245电平变化直接接入到FPGA。

图3　I/O输入/输出电路原理设计图

2.3光耦输入/输出电路

光耦接口采用东芝的TLP521-4系列芯片，该芯片为4路独立的高速光耦输入/输出，保证电路上的隔离。在接口设计中，考虑到完全的物理隔离，每一路都有独立的地信号。

图4　光耦接口原理设计图

2.4AD/DA电路

AD芯片选用AD公司的AD7888，分辨率为12 bit，最高采样率为125 ksps，数字信号串行输出。其中模拟输入/输出±10 V/±5 V可调，通过更改电阻值来调节。

DA芯片选用AD公司的AD5328，分辨率为12 bit。最小更新时间为10 μs，模拟信号串行输出。

2.5电源电路

该处理板电源为多路直流供电，包括DC±15 V、DC+5 V，通过电源转换芯片提供所需的各种电压。电源设计如图7所示，由于所需电源种类较多，故采用多种电源芯片满足多路电压设计需要。

图5　AD接口原理设计图

图6　DA接口原理设计图

图7　系统供电原理设计图

2.6主控电路

上电后，DSP和FPGA需要各自加载程序，导致程序更新时需要通过JTAG专用接口分别下载各自的程序，不仅速度慢，同时需要专用的软硬件设备，导致操作不方便。考虑到DSP外置了一片大容量NORFLASH芯片AM29LV320DT，该芯片具有4Mbyte存储空间，完全可以将DSP和FPGA的程序文件都存储其中，通过DSP的SelectMAP模式实现DSP和FPGA的程序加载［4-5］。

图8　FPGA的SelectMAP加载模式

3　软件设计

该软件完成了RS232、485、422接口，AD、DA接口初始化，对FPGA的读写，将3个RS485接口配置为输入模式，向8路DA写入输出值。以外部中断5响应FPGA的1 ms中断，在每个中断中查询串行接口接收数据状态，如果14个串口任一个有接收数据，则将接收到的数据通过串口0发出，并且在该中断中读取AD数据，另外还在该中断中定时开关指示灯。部分程序如下：

主函数程序：

DSP读FPGA数据程序：

DSP写FPGA数据程序：

4　结束语

文中介绍了基于DSP芯片TMS320C6713与FPGA芯片XC3S1000的伺服控制电路的设计方法，着重介绍了设计选型和各个模块电路的设计。通过硬件设计和软件编程来验证了方法的可行性。并已经成功用在了工程中。

［1］张伟，熊康碧.TMS320C6713中利用McBSP实现和PC机的串口通信［J］.计算机与数字工程，2010（6）:157-159.

［2］卢钧，吴剑秋.高速DSP系统PCB板可靠性设计［J］.国外电子测量技术，2005（7）:5-7.

［3］Texas Instruments.TMS320C6713 hardware designer‘s resource guide［S］.2004.

［4］Texas Instruments.TMS320C6000 DSP Host Port Interface （HPI）Reference Guide［S］.2006.

［5］Texas Instrument Incorporated.TMS320C6713 Datashe-et［S］. 2005.

［6］马志刚，赵丽平，李中西，等.一种高性能浮点DSP芯片TMS320C6713及其最小系统的设计［J］.微型机与应用，2010（10）:24-27.

Servo control circuit design based on TMS320C6713 and XC3S1000

MI Yue-qin
（The.16th Institute，China Aerospace Science and Technology Corporation，Xi’an 710100，China）

This paper is based on the purpose of design a high-performance and general-used servo control circuit.Through device selection，scheme design，a circuit is designed using DSP chip TMS320C6713 and FPGA chip XC3S1000.This paper introduces DSP chip TMS320C6713 and FPGA chip XC3S1000，The design idea and work principle of the control signal deal board is depicted particular.Through detail hardware design and software design actualized servo control circuit design Based on TMS320C6713 and XC3S1000，which verifies the validity of the servo control circuit.

TMS320C6713；XC3S1000；circuit design；servo control

TN253

A

1674-6236（2016）14-0190-04

2015-07-17稿件编号：20157130

米月琴（1982—），女，山西忻州人，硕士，工程师。研究方向：自动控制。