ARM和FPGA的接口设计 - 基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统设计（3） 仿真软件, 嵌入式, 接口, 数控, 开发

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4.2 数字积分插补的FPGA实现        　　采用有限状态机的设计方法，每个轴的数字积分插补均由一个三状态机的积分累加器完成。本系统的FPGA开发环境为Xilinx公司的 Xil inx ISE，并结合ModelSim仿真软件对整个系统进行了全面的功能验证。如图4所示为DDA插补模块的顶层RTL级原理图，由图5可知DDA插补模块的输入信号为各轴的起始坐标以及时钟信号和启动信号，输出信号为各轴的脉冲信号和方向信号。

       
       

        　　图5 DDA插补模块仿真波形

        　　运用ModelSim仿真软件对DDA插补模块进行仿真验证。测试数据的起点坐标为（0，0，0）终点坐标为（8，15，11），仿真结果如图5所示，显示系统很好的完成了三轴的脉冲分配。
        　　4.3 加减速控制模块
        　　加减速控制是数控系统的关键技术之一，也是实现数控系统高实时性的瓶颈。数控系统中，为了保证机床在启动或停止时不产生冲击、失步、超程或振荡，必须对进给电机的脉冲频率或电压进行加减速控制。即当机床加速启动时，保证加在电机上的脉冲频率逐渐增加；而当机床减速停止时，保证加在电机上的脉冲频率逐渐减小。目前，电机加减速的常用控制方法是梯形加减速控制和S形加减速控制。本次设计采用两种控制方案以适应不同工作场合的要求。
        　　4.3.1 梯形加减速
        　　梯形加减速是指在加减速过程中加速度为常数，速度曲线为梯形的加减速过程。梯形加减速控制算法简单、易于实现，但在加减速过程中加速度曲线不连续会导致驱动机构的振动和冲击。正常情况下梯形加减速运动过程如图6所示分为加速段、匀速段和减速段三个阶段。
        　　
        图6  正常情况下梯形加减速运动过程