ARM(MCU)+FPGA实现伺服电机脉冲信号精确控制_bin转mcs

基于MCU+FPGA时间切片，MCU端实现运动规划，FPGA接收规划后的指令数据，精确产生信号脉冲。

基本思想是把一段运动分割成N个小时间段，按时间段将运动过程进行切片分割，一个时间段称为一个时间单位T，时间单位可以分割至微秒或者毫秒级。MCU接收来自FPGA的位置反馈信息由MCU通过程序规划进行时间片段的切割划分，将每一个时间单位T内的运动控制参数数据发送给FPGA，由FPGA发出精确脉冲指令传给伺服驱动器驱动电机。

[后面以T=5毫秒为例] ,ARM/MCU作为决策机构负责运动的规划，运动数据参数通过总线下发给FPGA，FPGA作为底层执行机构，负责精确地生成脉冲信号。

基于以下三种方式实现精确的电机脉冲信号控制：

1、基于脉冲个数，MCU下发每个5毫秒内的脉冲个数，FPGA根据每个5毫秒的脉冲个数生成脉冲信号；

2、基于脉冲频率，MCU下发每个5毫秒内的脉冲频率，FPGA根据每个5毫秒的脉冲个数生成脉冲信号；

3、MCU下发一整段运动的运动参数，包括脉冲个数和加速度，最大速度，FPGA根据加速度等运动参数自动规划生成符合要求的脉冲信号，实现加速，匀速，减速运动控制。

【本方案难点在于如何解决不同频率下脉冲个数的精度问题，实现任意频率变化下的总脉冲个数的精确闭环，不会产生控制误差】

运动过程切片如下所示：

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一、编码器位置反馈输入模块

该模块将正交编码器通过高速光耦输入的AB相信号进行解码，得到当前伺服系统精确的的位置信息。编码器的原理是根据A,B相的相位差，即相位的领先或滞后来判断编码器转轴旋转方向，根据编码器旋转产生的脉冲来计数。如果电机正转，也就是电机主轴按顺时针方向旋转时，A相输出超前B相90度。如果反转也就是电机主轴按逆时针方向旋转时，A相滞后B相90度。电机每转一周，索引相即Z还输出一个零位脉冲，可作为编码器的机械零位。

编码器解码模块的功能是判断电机转动方向，对编码器脉冲计数。工作方法是：

判断方向：如果B相从低变高的时候A是高电平，则表示电机正转，如果B相从低变高的时候A是低电平，则表示电机反转。

脉冲计数：设置一个32位的计数器，该计数器在复位的时候可以清零，也可以通过指令清零。计数的逻辑是对A,B相变化沿进行计数。当电机正转时，A的上升沿、A的下降沿、B的上升沿、B的下降沿各加1；当电机反转时，A的上升沿、A的下降沿、B的上升沿、B的下降沿各减1；

于是正转时每接收到一个脉冲计数器加了4，反转时每接收到一个脉冲计数器减了4，实现4倍频计数。计数精度提高了4倍，这样就提高了定位精度。

AB相的时序关系见下图；

部分仿真波形：

下面以第三种情况，MCU给运动参数，包括加速度，脉冲个数，目标频率，下发给FPGA，FPGA自动执行梯形加减速规划为例：给出仿真波形：

如下：

为方便截图，将仿真数据设置偏小。

设置频率加速度为100hz/5ms^2,目标频率=2000hz,脉冲个数=300。频率从零开始逐次递增100HZ，达到2000hz以后 开始保持一段，之后开始减速。直到执行完300个脉冲。

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