四 川 大 學(xué) 副教授 控 制 理 論 與 控 制 工 程 計算機控制與管理 年 月 日 培 養(yǎng) 單 位 指 導(dǎo) 老 師 專 業(yè) 研 究 方 向 授予學(xué)位日期 題 目 基于 口運動控制卡的研究 作 者 完成日期 2006 年 5月 20日 四川大學(xué) 碩士學(xué)位論文 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于 口運動控制卡的研究 1 基于 嵌入式運動控制系統(tǒng)的研究 控制理論與控制工程 專業(yè) 研究生 指導(dǎo)教師 制造業(yè)是一個國家工業(yè)的基礎(chǔ)，而制造技術(shù)又是制造業(yè)的技術(shù)支柱，制造業(yè)水平的高低是衡量一個國家工業(yè)發(fā)達程度的重要標(biāo)志。以傳統(tǒng)機電工業(yè)為代表的制造業(yè)，正經(jīng)歷著深刻的變革。在這場革命中，大力發(fā)展先進的制造技術(shù)已成為各國最重要的幾大技術(shù)戰(zhàn)略之一，先進制造技術(shù)已經(jīng)是國際競爭與產(chǎn)品革新的一種重要手段。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)，是先進制造 技術(shù)的基礎(chǔ)，是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的最基本的裝備，是制造業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)，這個基礎(chǔ)牢固與否將直接影響到國家的經(jīng)濟發(fā)展和綜合國力，關(guān)系到國家的戰(zhàn)略地位。 運動控制器是以中央邏輯單元為核心，以傳感器為信號敏感元件，以電機 /動力裝置和執(zhí)行單元為控制對象的一種控制裝置。對于數(shù)控系統(tǒng)來說，最重要的是控制各個電機軸的運動，這是運動控制器接收并依照數(shù)控裝置的指令來控制各個電機軸運動從而實現(xiàn)數(shù)控加工的，數(shù)據(jù)加工中的定位控制精度、速度調(diào)節(jié)的性能等重要指標(biāo)都與運動控制器直接相關(guān)。目前對數(shù)控系統(tǒng)的研究都集中在插入 制器的研究上，而其核心部分就是對步進、伺服電機進行控制的運動控制卡的研究。對 說，運動控制卡的性能很大程度上決定了整個數(shù)控系統(tǒng)的性能，而微電子和數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用，使運動控制卡的性能得到了不斷改進，集成度和可靠性大大提高。 本課題通過對運動控制技術(shù)的深入研究，并針對國內(nèi)運動控制技術(shù)的研究起步較晚的現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)前嵌入式領(lǐng)域的具體需要，緊跟當(dāng)前運動控制技術(shù)研究的發(fā)展趨勢，吸收了數(shù)控技術(shù)和相關(guān)運動控制技術(shù)的最新成果，提出了基于四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于 口運動控制卡的研究 2 方案 ，研制了一款比較新穎的、功能強大的 、具有很大柔性的四軸多功能運動控制卡。 本課題的具體研究主要有以下幾方面： 首先，通過對運動控制卡及嵌入式系統(tǒng)等行業(yè)現(xiàn)狀的全面調(diào)研，和對運動控制技術(shù)的深入學(xué)習(xí)，在比較了幾種常用的運動控制方案的基礎(chǔ)上，提出了基于 運動控制設(shè)計方案，并規(guī)劃了板卡的總體設(shè)計。 其次，根據(jù)總體設(shè)計，規(guī)劃了板卡的結(jié)構(gòu)，詳細劃分并實現(xiàn)了 分的功能；利用光電隔離原理設(shè)計了數(shù)字輸入 /輸出電路。 再次， 利用 資源實現(xiàn)了 設(shè)備接口，達到跟控制卡通信的目的，針對運動控制中的一些具體問題，如運動平穩(wěn)性、實時控制以 及多軸聯(lián)動等，在 義了各個寄存器的具體功能，設(shè)計了功能齊全的加 /減速控制電路、變頻分配電路、倍頻分頻電路和三個功能各異的計數(shù)器電路等，自動降速點運動、 A/ 最后，進行了本運動控制卡的測試，實現(xiàn)了全數(shù)字測速在本運動控制卡中的應(yīng)用，從測試和應(yīng)用結(jié)果來看，該卡達到預(yù)期的要求。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)控 運動控制卡 川大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于 口運動控制卡的研究 3 is a as as or as MC is in it is to of of in C of of C. In of on of C is is to or in CB of C of of CB of of of to of of on of we a CB is In 川大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于 口運動控制卡的研究 4 of we of of to we of in we to of by AC in to in to in as we a CB in We of of in of , we of of on to of 基于 口運動控制卡的研究 I 目 錄 1 緒論 . 1 放式數(shù)控及其發(fā)展 . 1 放式數(shù)控系統(tǒng)的基本特征 . 2 內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展 . 2 代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢 . 4 動控制器及其研究現(xiàn)狀 . 5 動控制器的特點及發(fā)展現(xiàn)狀 . 5 見運動控制系統(tǒng)上位控制方案 . 6 于 . 7 于單 . 11 課題的意義及論文的主要內(nèi)容 . 11 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 . 13 動系統(tǒng)的控制技術(shù) . 13 續(xù)運動軌跡插補原理 . 13 置控制技術(shù) . 14 于 運動控制卡 . 16 入式系統(tǒng)概念 . 16 3 運動控制卡硬件設(shè)計 . 17 編程邏輯器件簡介 . 17 . 18 . 19 功能模塊分析 . 19 模塊 1 . 19 模塊 2 . 19 圍電路設(shè)計 . 19 電隔離原理 . 19 字 I/. 20 可編程器件的程序設(shè)計 . 22 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于 口運動控制卡的研究 序（或功能）模塊 1（ . 25 功能說明 . 25 流程圖（ C 等） /方框圖（ . 26 . 30 4 基于 運動控制模塊（ . 32 體結(jié)構(gòu) . 32 存器模塊 . 34 存器尋址 . 34 數(shù)寄存器 . 34 令和狀態(tài)緩沖器 . 36 度模式模塊 . 40 率因子參數(shù) . 41 沖頻率 1 2. 41 速、減速參數(shù)寄存器 . 42 14 . 42 15 . 42 /減速時間 . 43 動降速點 . 43 出脈沖產(chǎn)生電路模塊 . 46 /減速控制電路 . 47 頻分配電路 . 49 率分 頻電路 . 50 碼器模塊設(shè)計 . 50 數(shù)器模塊電路 . 52 置計數(shù)器 . 52 動降速點計數(shù)器 . 52 前位置計數(shù)器 . 54 作模式模塊 . 54 續(xù)模式 . 55 置模式 . 56 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于 口運動控制卡的研究 回零模式 . 56 5 基于 嵌入式運動控制卡的系統(tǒng)測試 . 59 數(shù)據(jù)交換 . 59 動控制芯片內(nèi)的地址空間 . 59 . 60 數(shù)據(jù)交換 . 61 運動控制模塊的內(nèi)部寄存器 . 61 動控制函數(shù)庫 . 61 動控制卡功能測試 . 64 數(shù)字轉(zhuǎn)速測量在本卡中的實現(xiàn) . 65 言 . 65 ，其水平高低是衡量一個國家工業(yè)發(fā)達程度的重要標(biāo)志 1。大力發(fā)展先進的制造技術(shù)已成為世界各國最重要的幾大技術(shù)戰(zhàn)略之一。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)，是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的最基本的裝備，是制造業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ) 1。要發(fā)展先進制造技術(shù)，首先必須重視制造單元技術(shù)（數(shù)控技術(shù)、加工單元、柔性制造單元等）。計算機數(shù)控技術(shù) 14（ 稱傳統(tǒng)的機械制造技術(shù)、計算機技術(shù)、成組技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、液壓氣動技術(shù)、光機電于一體，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。它的廣泛使用給機械制造業(yè)生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、管理方式帶來深刻的變化。數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，現(xiàn)代 基礎(chǔ)。因此數(shù)控技術(shù)水平的高低已成為衡量一個國家工業(yè)自動化的重要標(biāo)志。 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控技術(shù)的核心，也是數(shù)控發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，其功能強弱、性能優(yōu)劣直接影響著數(shù)控設(shè)備的加工質(zhì)量和效能發(fā)揮，對整個制造系統(tǒng)的集成控制、高效運行、更新發(fā)展都具有至關(guān)重要的影響 3因此，數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)不僅作為數(shù)控發(fā)展的先導(dǎo)技術(shù)，而且作為制造業(yè)的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略技術(shù)，越來越受到世界各國的重視和發(fā)展。 放式數(shù)控及其發(fā)展 數(shù)字控制技術(shù) 5（ 稱 是近代發(fā)展起來的一種自動控制技術(shù)，是使用數(shù)字 信號對機床的運動及加工過程進行控制的一種方法。數(shù)控系統(tǒng)（ 一種控制系統(tǒng)，它能自動完成信息的輸入、譯碼、運算，從而控制機床的運動和加工過程。數(shù)控系統(tǒng)一般包括數(shù)控裝置、可編程控制器（ 稱 伺服驅(qū)動系統(tǒng)及進給裝置等部分。數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心，它完成信息的輸入、存儲、變換、插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。伺服系統(tǒng)及進給裝置接收數(shù)控裝置的指令，驅(qū)動機床執(zhí)行機構(gòu)運動。 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于 口運動控制卡的研究 2 放式數(shù)控系統(tǒng)的基 本特征 根據(jù)國際電氣和電子工程師協(xié)會（ 于開放式系統(tǒng)的定義：能夠在多種不同的平臺上運行，可以和其他系統(tǒng)的應(yīng)用互操作，并能給用戶提供一種一致風(fēng)格的交互方式。開放式體系結(jié)構(gòu)普遍采用模塊化、層次化的結(jié)構(gòu)，并通過各種形式向外提供統(tǒng)一的應(yīng)用程序接口，具有可移植性、可擴展性、互操作性和可縮放性等特點，即系統(tǒng)組成的內(nèi)部開放化和系統(tǒng)組成各部件之間的開放化。開放式系統(tǒng)具有以下基本特征： 1. 開放性。提供標(biāo)準化環(huán)境的基礎(chǔ)平臺，允許不同功能和不同開發(fā)商的軟硬件模塊介入。 2. 可互操作性。通過提供標(biāo)準化接口、通信和交互機制，使不 同的功能模塊與標(biāo)準的應(yīng)用程序接口運行于系統(tǒng)平臺之上，并獲得平等的相互操作能力，協(xié)調(diào)工作。 3. 可移植性。系統(tǒng)的功能軟件與設(shè)備無關(guān)，即應(yīng)用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式、交互模型、控制機理，使構(gòu)成系統(tǒng)的各個功能模塊可來源于不同的開發(fā)商提供的硬件平臺之上。 4. 可擴展性。 塊可以靈活設(shè)置，方便修改，既可以增加硬件或軟件構(gòu)成功能更強的系統(tǒng)，也可以裁減其功能以適應(yīng)低端應(yīng)用。 5. 可互換性。不同性能、不同可靠性和不同能力的功能模塊可以相互替代，而不影響系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行。 內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展 數(shù)控技術(shù)從一誕生起 就同其它技術(shù)緊密聯(lián)系在一起，是機械、微電子、自動控制、計算機信息等技術(shù)交叉應(yīng)用的產(chǎn)物。隨著計算機技術(shù)，特別是微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)無論在硬件或軟件方面發(fā)展都很快，數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)歷了四個發(fā)展階段 6 1. 1956年 1974 年，專用硬件 代 這一階段的數(shù)控系統(tǒng)，各種控制功能均由硬件邏輯完成，成為“硬件”數(shù)控，其功能簡單，靈活性差，設(shè)計周期長，系統(tǒng)可靠性低，因而限制了其進一四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于 口運動控制卡的研究 3 步發(fā)展和應(yīng)用。 2. 1975年 1989 年，專用計算機數(shù)控時代，即微處理器 70年代末、 80 年代初，隨著超大規(guī)模集成電路、大容 量存儲器、 普及應(yīng)用， 統(tǒng)得到進一步發(fā)展。它雖然仍以微處理器為基礎(chǔ)，但控制功能更為完備，具備了多功能的技術(shù)特征，尤其在軟件技術(shù)方面發(fā)展更快，具有了交互式對話編程，三維圖形動顯示 /校驗，實時軟件精度補償?shù)裙δ?。在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)上，開始出現(xiàn)了柔性化、模塊化的多處理機結(jié)構(gòu)。數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品也逐步實現(xiàn)了標(biāo)準化、系列化。 3. 1990年 1995 年， 高速高精度 32位 精度的 總結(jié)上述數(shù)控系統(tǒng) 的三個發(fā)展歷程， 1) 不能自由地從信息網(wǎng)上選取信息； 2) 體系結(jié)構(gòu)不開放，用戶接口不完善，機械廠家和用戶不能自主地根據(jù)需要對數(shù)控系統(tǒng)進行裁剪，用戶自身的技術(shù)訣竅不能方便地融入，創(chuàng)造出自己的名牌產(chǎn)品； 3) 不能充分地利用已有的通用軟件資源； 4) 不能自由地獲取外部的工況信息； 5) 體系結(jié)構(gòu)繁多，不利于批量生產(chǎn)、提高可靠性和降低成本，削弱了市場供應(yīng)能力和競爭能力，同時限制了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。 4. 1996年至今，開始全 數(shù)控系統(tǒng)進入基于 統(tǒng)階段。 引入，不僅為 供 十分堅實的硬件資源和極其豐富的軟件資源，更為 12 與國際先進水平相比，我國國內(nèi)的數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)經(jīng)過 40多年的發(fā)展，從無到有，從引進消化到擁有自己獨立的自主版權(quán)，取得了相當(dāng)大的進步。但回顧這幾十年的發(fā)展，可以看到我國在數(shù)控領(lǐng)域的進步主要還是按國外一些模式，按部就班地發(fā)展，真正創(chuàng)新的成分不多 1。 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于 口運動控制卡的研究 4 代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢 為更好滿足市場和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，滿足現(xiàn)代制造技術(shù)對數(shù)控技術(shù)提出的要求，當(dāng)今數(shù)控技術(shù)呈現(xiàn)新的發(fā)展趨勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 1. 加工 控制的高速化、高精度化 15 加工速度和加工精度可靠性是衡量 統(tǒng)性能的主要指標(biāo)。當(dāng)今先進的統(tǒng)都已完成了由 16 位處理器向 32 位微處理器的過渡，大大提高了 少系統(tǒng)通過配置多微處理器實現(xiàn)分散處理，采用實時多任務(wù)操作系統(tǒng)進行并行處理的措施，進一步提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理速度，為高速高精度加工控制指標(biāo)的實現(xiàn)創(chuàng)造了必要的條件，使得高速進給運動控制中的自適應(yīng)平滑升降速控制、自由曲線加工的內(nèi)部矢量精插補等復(fù)雜算法得以實現(xiàn)，系統(tǒng)的控制指標(biāo)大幅度提高。 2. 智能化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化 1、柔性化和集成化 1) 智能化 15運用體現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)中以下幾個方面： I. 為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成； 為提高驅(qū)動性能及使用連接方便方面的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等； 簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程，智能化的人機界面等； 智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 2) 數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)開放性 16要是為了滿足數(shù)控進線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個性化，多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求。 3) 柔性化和集成化 柔性化技術(shù)的重點是以提高系統(tǒng)的可靠性、實用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)，注重加強單元技術(shù)的開拓、完善，使 機易于向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展，使數(shù)控機床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與 信息集成方向發(fā)展。 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于 口運動控制卡的研究 5 動控制器及其研究現(xiàn)狀 動控制器的特點及發(fā)展現(xiàn)狀 運動控制器是以微處理器為核心，以傳感器為信號敏感元件，以電機 /動力裝置和執(zhí)行機構(gòu)為運動控制對象，以實現(xiàn)預(yù)定運動軌跡目標(biāo)的一種控制裝置。隨著自動化技術(shù)的進一步發(fā)展， 運動控制器（步進、交流、直流）的應(yīng)用已走出機械加工行業(yè)，越來越多地應(yīng)用于其它工業(yè)自動化設(shè)備控制。主要數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢就是采用“ 動控制器”的開放式數(shù)控系統(tǒng)，它不僅具有信息處理能力強、開放程度高、運動軌跡控制精確、通用性好等特點，而且還從很大程度上提高了現(xiàn)有加工制造的精度、柔性和應(yīng)付市場需求的能力。 與傳統(tǒng)的數(shù)控裝置相比，運動控制器具有以下特點： 1. 技術(shù)更新，功能更加強大，可以實現(xiàn)多種運動軌跡的控制，是傳統(tǒng)數(shù)控裝置的換代產(chǎn)品； 2. 結(jié)構(gòu)形式模塊化，可以方便地相互組合，建立適用不同場合、不同功能需求的控制系統(tǒng) ； 3. 操作簡單，在 上經(jīng)簡單編程即可實現(xiàn)運動控制，而不一定需要專門的數(shù)控軟件。 以運動控制器作為獨立的標(biāo)準部件可以明顯縮短新產(chǎn)品的研制開發(fā)周期，有利于使用者創(chuàng)造自己的品牌產(chǎn)品。目前，由于以 代表的高速、高性能專用微處理器的出現(xiàn)和 的廣泛普及，開放式運動控制器的發(fā)展趨勢是以 動控制器以插卡形式嵌入 “ 動控制器”的模式。這樣將 有信息處理能力強、開放 程度高、運動軌跡控制準確、通用性好的特點。 1. 國外廣大的科技人員對基于 運動控制器進行了深入研究，并取得了較好的成績，主要研究成果 7美國 司、 國國家儀器）和德國 中，美國 司開發(fā)出基于完成插補運算，伺服控制， 制等實時控制功能。具有 減速功能，可以實現(xiàn)直線、圓弧、螺旋線等多種插補方式，四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于 口運動控制卡的研究 6 提供全新的高性能數(shù)字控制技術(shù)和 臺，并且可以方便地加入系統(tǒng)的硬件和軟件 ，能夠根據(jù)實際需要擴展功能，滿足用戶在自動控制各領(lǐng)域中的應(yīng)用。 同時控制 18 根軸，每秒可執(zhí)行 500 個程序段，得到較為廣泛的應(yīng)用。 2. 國內(nèi)針對運動控制器的研究從近幾年開始開展的比較多，但目前沒有專門用于開放式體系結(jié)構(gòu)的運動控制器，從現(xiàn)有的文獻來看主要是各個高?；蚩蒲性核鶠樽约涸O(shè)計的基于 數(shù)控系統(tǒng)的運動控制卡，并沒有形成一種通用的、系列化供應(yīng)于市場的產(chǎn)品。 見運動控制系統(tǒng)上位控制方案 運動控制器是控制技術(shù)和運動系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。在現(xiàn)代電子技術(shù)的支持下，它通常以微處理器為核心，綜合軟 件編程、運動軌跡設(shè)計、控制算法分析、各運動部件的實時驅(qū)動等功能，達到總體運動控制效果。在運動控制中，運動控制器還需對具體的運動速度、加速度、位置誤差等進行實時監(jiān)控，并對相關(guān)情況等作出反應(yīng)。 運動控制器是從主機接收控制指令，從位置傳感器接收位置信息，向伺服電機功率驅(qū)動電路輸出運動指令。對于伺服電機位置閉環(huán)系統(tǒng)來說，它們主要是完成了位置環(huán)作用，可稱為數(shù)字伺服運動控制器，適用于一切交直流和步進電機的閉環(huán)控制。 專用控制器的使用可把主機的軌跡插補與伺服閉環(huán)控制分離開來，減少了主機計算負擔(dān)，且所有控制參數(shù)都可以由程序 設(shè)定，系統(tǒng)硬件設(shè)計簡單，位置環(huán)容易調(diào)整，有利于提高系統(tǒng)可靠性。 運動控制系統(tǒng)的上位控制方案一般有以下幾種 18： 1. 單片機系統(tǒng) 采用單片機系統(tǒng)來實現(xiàn)運動控制，成本較低，但開發(fā)難度較大，周期長。這種方案適應(yīng)于產(chǎn)品批量較大、控制系統(tǒng)功能簡單、有單片機開發(fā)經(jīng)驗的用戶。 2. 專業(yè)運動控制 多品牌的 可選配定位控制模塊，有些 元本身就具有運動控制功能（如松下 。這種方案一般適用于運動過程比較簡單、運動軌四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于 口運動控制卡的研究 7 跡固定的設(shè)備，如送料系統(tǒng)、自動焊機等。如果需要簡單修改少量運動參數(shù)，如速度、位移等，可 與工業(yè)人機界面配合使用。 3. ，但所發(fā)的脈沖只能由軟件編程來實現(xiàn)，所以在運動時發(fā)脈沖將占用 量的時間；另外，軟件發(fā)脈沖受到微機定時器的限制，最大脈沖頻率一般在 100右，在控制伺服電機時會有速度和精度的矛盾問題；再者，在境下由于其多任務(wù)的機制，若沒有深入 核進行底層編程來發(fā)脈沖，幾乎不可能保證脈沖的均勻性。 4. 這種方案隨著 是運動 控制系統(tǒng)的一個主要的發(fā)展趨勢。這種方案可充分的利用計算機資源，可用于運動過程、運動軌跡都比較復(fù)雜，而且柔性要求高的設(shè)備。在這種方案中，運動控制卡只需要從微機接收控制命令，然后自己完成與運動有關(guān)的控制：發(fā)脈沖 /方向信號、檢測限位/原點等信號，幾乎不占用微機 樣微機可處理其它控制和檢測任務(wù)：檢測其它狀態(tài)、處理鍵盤和顯示消息、數(shù)據(jù)分析和計算等。大多數(shù)專用運動控制卡都提供了 境下的動態(tài)鏈接庫，使用非常方便，不僅大大縮短產(chǎn)品研制和開發(fā)周期，而且能夠?qū)崿F(xiàn)更完善的運動控制系統(tǒng)。 于 的運動控制卡常見解決方案 從用戶使用的角度來看，基于 件接口（輸入 /輸出信號的種類、性能）和軟件接口（運動控制函數(shù)庫的功能函數(shù)）。根據(jù)運動控制卡的主控芯片，一般有以下幾種方案： 1. 基于大規(guī)模集成電路，如 8253、 8254，利用其內(nèi)部的計數(shù)器功能，可通過編碼器改變其脈沖輸出頻率和脈沖輸出數(shù)，實現(xiàn)步進電機的速度和位置控制。其硬件組成如圖 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于 口運動控制卡的研究 8 圖 于 8254 的步進電機控制卡硬件組成框圖 2. 基于單片機，如 8031、 8098，這種方案比第一種要靈活的多，可通過硬件實現(xiàn)許多功能。以單片機為主控芯片，成本較低，外圍電路較為復(fù)雜，要加上存儲器、編碼器信號處理及 D/A 轉(zhuǎn)換電路等，其控制算法有事先編好的程序固化在存儲器中。該方案采用在程序中靠延時來控制發(fā)脈沖，脈沖波形的質(zhì)量和頻率都受到限制，所以一般用于步進電機控制。圖 019。 信號交換 器 電路 控制總線、地址 總線緩沖電路 時鐘 電路 輸出鎖存 電路 卡地址譯碼選擇 電路 信號分頻 電路 輸出放大 電路 數(shù)據(jù)總線 緩沖電路 通道 A 輸出 通道 B 輸出 線接口 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于 口運動控制卡的研究 9 圖 于 80交流伺服電機控制卡硬件結(jié)構(gòu)框圖 圖 進電機控 制卡硬件組成框圖 數(shù)據(jù)線 P C 總 線 接 口 地址譯碼 步進電機 控制器 緩沖器 光隔離 輸出 脈沖、方向信號輸出 中斷選擇 譯碼 控制器 光隔離 輸入 開關(guān)信號輸入 I/O 模塊 出 入 地址線 /B B /A A 位機 數(shù)據(jù) 緩沖器 數(shù)據(jù) 鎖存器 地址 譯碼器 80置控制部分 光 電 編碼器 差 分 接收器 光電 隔離 四倍頻 電路 8254 計數(shù)器 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于 口運動控制卡的研究 10 3. 基于專用運動控制芯片。該方案是將實現(xiàn)電機控制所需的各種邏輯功能做在一塊專用集成電路內(nèi)，并提供一些專用的控制指令，同時具有一些諸如限位、零位開關(guān)處理、電機使能、報警等必須的輔助功能，使用戶的軟件設(shè)計工作都減少到最小程度。集成度高，可靠性、實時性等較好；輸出脈沖頻率可達到幾兆赫茲，能夠滿足對步進電機和數(shù)字式伺服電機的控制。 4. 基于數(shù)字信號處理器（ 。 90年代以來，數(shù)字信號處理器（ 運動控制中得到越來越廣泛的應(yīng)用，這主要是因為它的高速運算使得很多復(fù)雜的控制算法 和功能得以實現(xiàn)，而且集成度高，可以實現(xiàn)高精度多軸伺服控制。成都步進機電有限公司研制的基于數(shù)字信號處理器（ 現(xiàn)場可編程門陣列（ 件的 的運動控制卡，其速度高、性能好、精度高和平穩(wěn)性好等優(yōu)點在激光雕刻行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。其硬件組成如圖 圖 于 制卡硬件組成框圖 20 線控制器( 路模擬 信號輸出 普通光耦 高速光耦 高速光耦 編碼器反饋信號 外部機械信號輸入 輸出脈沖方向信號 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于 口運動控制卡的研究 11 于 單 方案 通過運動控制卡的上位控制方案和常見基于 們基本具備以下特點： 1、 采用專用芯片，價格昂貴 2、 采用多塊芯 片，通信復(fù)雜 基于上述的分析，本論文，設(shè)計一款基于 于 線解決了上述因素帶來的局限性，因此本論文對嵌入式運動控制技術(shù)的發(fā)展具有一定的推動作用。 課題的意義及論文的主要內(nèi)容 本課題通過對開放式數(shù)控技術(shù)的全面調(diào)研和對運動控制技術(shù)的深入研究，并針對國內(nèi)運動控制技術(shù)研究起步較晚的