基于

FPGA 的运动控制卡的设计和实现

摘

  要：基于 FPGA 的运动控制卡采用脉冲加方向的闭环控制方式，具有结构简单，集成度

高、实时性好等优点。从硬件的构成、设计和算法实现等方面入手，阐述了运动控制卡的设计
和开发。用硬件描述语言

VHDL （very high speed integrated circuitHDL）和原理图结合的方

式对

FPGA 编程实现系统的主要硬件逻辑和算法，从而提高了系统的灵活性和移植性。在硬

件算法上，采用乒乓操作处理高速的分频倍数数据流，提高了系统的实时性和控制精度；
并且提出了一种基于加二计数器的分频算法，实现任意分频倍数的分频。利用嵌入式调试工
具

SignalTap 对运动控制卡进行硬件调试和仿真，给出了相应的误差分析。

关键词：

运动控制

卡

; 

伺服

电机

; 分频; 现场可编程门阵列; 外设部件互连标准总线; 实时; 乒

乓操作

Design and realization of motion-controlling-card based on FPGA

LI Mu-guo, PENG Ping-liang

0 引言
      传统的运动控制卡多采用单片机作为微处理器, 通过一些大规模集成电路实现对伺服电
机的控制。由于其结构较为复杂，因此在工作时，存在高频响应慢、控制精度低等缺点。本文
提出一种以

FPGA （field-programmable gate array） 和 PCI9054 接口芯片为核心硬件的运动

控制卡，内部硬件接口和算法通过对

FPGA 的编程实现。这样，既能很好地克服传统运动控

制存在的缺点，又在灵活性和移植性等方面得到了很大的提高。
1 硬件构成与设计
1.1 构成
      本文所述的

运动控制

卡是

PCI（peripheral component interconnect）接口卡[1]，用 Altera 

公司生产的型号为

EP1C6Q240C8 的 FPGA 作为编程逻辑器件，实现所有的硬件算法和反

馈信号的检测。采用脉冲加方向

[2]的闭环控制方式对电机进行控制。整个运动控制卡系统可

用图

1 描述。

1.2 设计