基于DSP的運(yùn)動(dòng)控制器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)_圖文

1、五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文基于DSP的運(yùn)動(dòng)控制器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名：郝尚華申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專(zhuān)業(yè)：機(jī)械制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：孔凡國(guó)20090415五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)和高性能的運(yùn)動(dòng)控制器已成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向。運(yùn)動(dòng)控制器的應(yīng)用已走出機(jī)械加工行業(yè)，越來(lái)越多地應(yīng)用于其它工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備控制。本文以基于公司的位定點(diǎn)芯片的運(yùn)動(dòng)控制器為研究對(duì)象，簡(jiǎn)單介紹了其硬件組成，并對(duì)該運(yùn)動(dòng)控制器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并結(jié)合開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的最新研究成果，開(kāi)發(fā)了基于的多軸運(yùn)動(dòng)控制器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在的移植，采用了先進(jìn)的

2、插補(bǔ)算法與位置控制算法。在運(yùn)動(dòng)控制器的硬件設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)電源、時(shí)鐘、復(fù)位、仿真接口、液晶驅(qū)動(dòng)、鍵盤(pán)輸入、存儲(chǔ)器擴(kuò)展、擴(kuò)展等電路。構(gòu)建了的通信電路。介紹了將實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)移植入控制器的實(shí)現(xiàn)方法，并提出了優(yōu)化方法，從而提高了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。在控制算法上，詳細(xì)分析了位置常規(guī)控制算法的特點(diǎn)，采用了一種簡(jiǎn)單、收斂速度快的單神經(jīng)元自適應(yīng)控制算法。采用了基于三次樣條曲線的實(shí)時(shí)恒速插補(bǔ)算法，在三次樣條算法的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中三次樣條恒速插補(bǔ)算法的優(yōu)越性，并用對(duì)算法進(jìn)行了仿真實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)；運(yùn)動(dòng)控制；三次樣條曲線；插補(bǔ)；位置控制五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文；一，弘：，：；本人聲明

3、我聲明，本論文及其研究工作由本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立完成，完成論文所用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。作者：郝尚華簽字：匆平移宇簽字：郝膨繹年月日五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論課題來(lái)源本項(xiàng)目來(lái)源于省科技項(xiàng)目江門(mén)市高新區(qū)產(chǎn)業(yè)集群協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)子項(xiàng)目，其主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)基于的開(kāi)放式多軸運(yùn)動(dòng)控制器控制系統(tǒng)。研究背景數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種技術(shù)，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的最前沿，數(shù)控技術(shù)在制造業(yè)中具有重要地位。一個(gè)國(guó)家數(shù)控程度的高低已經(jīng)成為衡量其機(jī)械工業(yè)技術(shù)水平的一個(gè)重要指標(biāo)。隨著制造業(yè)發(fā)展，傳統(tǒng)的封閉式數(shù)控系統(tǒng)己不能滿足現(xiàn)代化制造業(yè)向信息化、敏捷制造模式發(fā)展的需要，開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)

4、由于其可擴(kuò)展性、可移植性、可互換性等特點(diǎn)，成為今后數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。運(yùn)動(dòng)控制（）技術(shù)蟛。，是指在復(fù)雜條件下，將預(yù)定的控制方案、規(guī)劃指令轉(zhuǎn)變成期望的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)精確的位置控制、速度控制、加速度控制、轉(zhuǎn)矩或力的控制的技術(shù)。按照國(guó)際運(yùn)動(dòng)控制工程師協(xié)會(huì)的定義：“運(yùn)動(dòng)控制是指應(yīng)用一個(gè)可控制的力的作用實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)有效運(yùn)動(dòng)的技術(shù)，這個(gè)機(jī)電系統(tǒng)可以是以電氣、液壓、氣動(dòng)或其他形式驅(qū)動(dòng)的?！边\(yùn)動(dòng)控制技術(shù)它是在電驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而形成的一門(mén)綜合性多學(xué)科的交叉技術(shù)。運(yùn)動(dòng)控制單元是數(shù)控系統(tǒng)的核心單元模塊，它的性能直接影響著機(jī)床的加工精度和加工效率。隨著微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)以及微處

5、理器控制技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)和社會(huì)發(fā)展的要求。研究和開(kāi)發(fā)具有開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的高性能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是當(dāng)前運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向，越來(lái)越得到世界各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注?；诘倪\(yùn)動(dòng)控制器以芯片作為運(yùn)動(dòng)控制器的核，處理器，充分利用了的高速數(shù)據(jù)處理功能，便于設(shè)計(jì)出功能完善、性能優(yōu)越的運(yùn)動(dòng)控制器。這類(lèi)運(yùn)動(dòng)控制器通常都能提供多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制與復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、實(shí)時(shí)的插補(bǔ)運(yùn)算、誤差補(bǔ)償、伺服濾波算法，能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制。因此，將運(yùn)算高速、功能強(qiáng)大的應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)控制器中，開(kāi)發(fā)出種高精度、高速度、多軸控制、體積小、集成度高五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文的開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，具有

6、深遠(yuǎn)的意義以及廣闊的應(yīng)用前景。國(guó)內(nèi)外研究狀況目前，開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究得到了世界各主要工業(yè)國(guó)家的重視和支持，國(guó)外影響較大的研究計(jì)劃有美國(guó)的（）和（）計(jì)劃，歐洲的）計(jì)劃，以及日本（）計(jì)劃。各國(guó)在開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究方面都取得了相當(dāng)顯著的研究成果，并提出了一些構(gòu)建開(kāi)放式系統(tǒng)的模式和方法。這些模式方法總的來(lái)說(shuō)都采用了閉環(huán)控制，具有高速、高精度、高可靠性和高安全性的特點(diǎn)，同時(shí)在控制系統(tǒng)的軟硬件上具有良好的開(kāi)放性。在美國(guó)，開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器被譽(yù)為新一代的工業(yè)控制器。美國(guó)有超過(guò)多家公司從事運(yùn)動(dòng)控制器軟硬件產(chǎn)品的制造，其產(chǎn)品的年銷(xiāo)售額己超過(guò)億美元，占有世界運(yùn)動(dòng)控制器市場(chǎng)份額以上。最著名的運(yùn)動(dòng)控制器制造

7、商有，等。美國(guó)還專(zhuān)門(mén)成立了美國(guó)運(yùn)動(dòng)控制器工程師協(xié)會(huì)（）由此也不難看出運(yùn)動(dòng)控制器技術(shù)的重要性。在日本，開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器被認(rèn)為是將來(lái)的第三次工業(yè)革命，并預(yù)測(cè)其應(yīng)用的普遍性將與目前廣泛應(yīng)用的類(lèi)似，代表性的廠商為公司和公司。世界上己有多種商品化的運(yùn)動(dòng)控制主板，較著名的有：，等系統(tǒng)，其中的（可編程多軸運(yùn)動(dòng)控制器）。是一個(gè)很具有代表性的產(chǎn)品，它是美國(guó)公司年推出的完全開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)、基于機(jī)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制器。該產(chǎn)品采用的作為核心，具有曲線減速功能，可以實(shí)現(xiàn)直線、圓弧、螺旋線等多種插補(bǔ)方式。它的速度、分辨率和帶寬等指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的運(yùn)動(dòng)控制器。伺服控制包括加和速度、加速度前饋控制。具有光纖通訊、環(huán)繞網(wǎng)等功能，在世

8、界上處于領(lǐng)先地位。美國(guó)運(yùn)動(dòng)控制公司的運(yùn)動(dòng)控制器一，一，采用位高速控制，每軸伺服更新率，支持、，內(nèi)含回零、限位、電子齒輪、點(diǎn)一點(diǎn)定位、輪廓、直線、圓弧插補(bǔ)，位置雙閉環(huán)、間隙補(bǔ)償、帶前饋控制、自動(dòng)加減速控制、手動(dòng)進(jìn)給、示教等功能，非易失性存儲(chǔ)器用于用戶程序存儲(chǔ)（行字符，個(gè)五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文變量，個(gè)陣列元素用于捕獲實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如位置、轉(zhuǎn)矩、模擬輸入值及錄返應(yīng)用），點(diǎn)通用及點(diǎn)數(shù)字輸出、點(diǎn)光隔輸入、路模擬輸入、高速位置鎖存（）。通信接口有雙向、，、（）等可供選用。與國(guó)外相比，我國(guó)對(duì)開(kāi)放式控制系統(tǒng)的研究起步較晚，從事運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)的單位還為數(shù)不多，雖然也取得了一定的成果，但是在企業(yè)中的應(yīng)用還不是很

9、廣泛，主要是國(guó)內(nèi)一些高校和公司研制的以為微處理器的運(yùn)動(dòng)控制器。比較有代表性的是固高公司的一運(yùn)動(dòng)控制器，它采用高性能的技術(shù)，每個(gè)控制器可以控制個(gè)伺服電機(jī)，有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、電子齒輪等功能，可編程梯形曲線規(guī)則和曲線規(guī)劃，在線刷新運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)。可設(shè)置跟隨誤差極限、加速度極限、控制輸出極限等功能，保證控制安全可靠。伺服控制包括數(shù)字濾波器，帶速度和加速度前饋，帶積分限值和偏差補(bǔ)償功能。深圳摩信科技公司的系列軸運(yùn)動(dòng)控制器，基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，控制器的采用美國(guó)公司的，主控機(jī)與控制器之間采用雙向高速進(jìn)行通訊，可提供軸調(diào)整高精度直流交流伺服控制，主控機(jī)可選用任何系列微機(jī)，系列產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上采用了先進(jìn)軟硬

10、件重構(gòu)技術(shù)，可根據(jù)用戶的要求，控制器的硬件模塊進(jìn)行最佳調(diào)整，配以摩信科技的基本輸入輸出系統(tǒng)、基本運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)庫(kù)以及浮動(dòng)網(wǎng)標(biāo)在線控制界面，使提供用戶的運(yùn)動(dòng)控制器具有最佳的性?xún)r(jià)比。我國(guó)已成為世界制造業(yè)大國(guó)，需要大量的數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等與運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品相關(guān)的設(shè)備。但由于數(shù)字控制器技術(shù)水平還不高，從而嚴(yán)重制約著我國(guó)制造業(yè)水平的提高。而與之同時(shí)，國(guó)際上的相關(guān)開(kāi)發(fā)計(jì)劃更是對(duì)我國(guó)的數(shù)字控制器技術(shù)的發(fā)展提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，但與此同時(shí)也帶來(lái)了機(jī)遇。首先，開(kāi)放式控制器系統(tǒng)研究計(jì)劃的實(shí)旄，把世界上所有系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)商推到了同一起跑線上，在這個(gè)起跑線上，我們可以建立以國(guó)際采購(gòu)為思路的系統(tǒng)集成開(kāi)發(fā)之路，為我國(guó)

11、制造高性能、高可靠性數(shù)字控制器創(chuàng)造條件；其次，通過(guò)一致的編程應(yīng)用界面，容易形成自己的集成方案，進(jìn)一步減小對(duì)賣(mài)方市場(chǎng)的依賴(lài)性，此外，隨著開(kāi)放系統(tǒng)計(jì)劃的實(shí)施，統(tǒng)一開(kāi)發(fā)平臺(tái)的建立，將來(lái)數(shù)字控制系統(tǒng)的高技術(shù)附加值將主要體現(xiàn)在軟件上，為我國(guó)發(fā)展民族軟件產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了一個(gè)良好的契機(jī)。我們應(yīng)充分把握機(jī)會(huì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，迎頭趕上，研制出適合我國(guó)國(guó)情的新一代國(guó)產(chǎn)高性能運(yùn)動(dòng)控制器。五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文：本課題研究?jī)?nèi)容文在對(duì)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，主要對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器作了研究，研究的中心就是以作為核心控制模塊的運(yùn)動(dòng)控制器控制系統(tǒng)。主要內(nèi)容包括：在分析當(dāng)今開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)以及運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)規(guī)劃運(yùn)動(dòng)控制器控制

12、系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案。深入研究芯片的硬件資源與配置，對(duì)控制器的功能模塊及接口進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)，包括與上位機(jī)的串口通訊，液晶顯示，鍵盤(pán)輸入輸出，擴(kuò)展等。深入分析研究了嵌入式多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)及內(nèi)核結(jié)構(gòu)，并結(jié)合的編程特點(diǎn)，改寫(xiě)系統(tǒng)的源代碼，并將其移植到中。使用軟件進(jìn)行編程，建立系統(tǒng)的基本軟件結(jié)構(gòu)，包括控制器的位置控制算法及插補(bǔ)功能的實(shí)現(xiàn)等。第二章運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制卡的總體結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制單元是數(shù)控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)性要求較高的核心單元模塊，數(shù)控系統(tǒng)的性能、精度一定程度上依賴(lài)于運(yùn)動(dòng)控制單元的快速計(jì)算能力和快速控制能力。傳統(tǒng)系統(tǒng)既要完成系統(tǒng)的管理（包括通信、顯示、診斷、零件程序的輸入輸出以及人機(jī)界面

13、管理等）又要完成實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的控制任務(wù)（包括譯碼、刀具補(bǔ)償、速度處理、運(yùn)動(dòng)控制（插補(bǔ)計(jì)算、位置控制）、開(kāi)關(guān)量控制等），致使系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制部分實(shí)時(shí)性降低，表現(xiàn)在插補(bǔ)周期和位置控制周期變長(zhǎng)，采樣時(shí)間變長(zhǎng)，加工精度下降。本課題為提高數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)時(shí)性和加工精度，為實(shí)現(xiàn)機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制器組成的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，把數(shù)控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)性要求較高的運(yùn)動(dòng)控制和開(kāi)關(guān)量控制任務(wù)放到具有獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)控制器中實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)總線將其與工業(yè)相連，控制主軸、多個(gè)進(jìn)給軸，完成數(shù)控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)性要求較高的插補(bǔ)計(jì)算、位置控制、開(kāi)關(guān)量控制等任務(wù)。整個(gè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖所示。光電編碼器圖運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖該運(yùn)動(dòng)控制器中要完成實(shí)時(shí)性要求較高的插補(bǔ)計(jì)算

14、和位置控制，需要輸入的數(shù)據(jù)量多，要進(jìn)行的運(yùn)算量大。由于的高速運(yùn)算能力、改進(jìn)的哈佛總線結(jié)構(gòu)、高速的輸入輸出、處理的實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)正好可以滿足運(yùn)動(dòng)控制的要求。運(yùn)動(dòng)控制中，選取種速度快、精度高、通用型的插補(bǔ)算法十分重要，本文采用基于三次樣條的恒速插補(bǔ)算法。為實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制卡與上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換，作者采用公司的一實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通信。以下各節(jié)分別介紹運(yùn)動(dòng)控制器中用的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵部件?？刂菩酒ǎ┬酒磾?shù)字信號(hào)處理器，是一種具有特殊軟硬件結(jié)構(gòu)的微處理器，具有專(zhuān)門(mén)的硬件乘法器和并行處理結(jié)構(gòu)，廣泛采用流水線操作，并提供特殊的指令，具有很強(qiáng)的數(shù)字運(yùn)算能力，可用來(lái)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法優(yōu)越于其它微處理器以及單片機(jī)的

15、地方在于以下幾個(gè)方面兒¨：（）采用哈佛結(jié)構(gòu)。通用的系列微處理器采用的是馮諾依曼結(jié)構(gòu)，即程序指令和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)空間，統(tǒng)一編址，依靠指令計(jì)數(shù)器提供的地址來(lái)區(qū)分是指令、數(shù)據(jù)還是地址。而當(dāng)前的放棄了馮諾依曼結(jié)構(gòu)而采用哈佛結(jié)構(gòu)，就是將程序指令與數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間分開(kāi)，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址，獨(dú)立訪問(wèn)，從而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍。（）采用流水線技術(shù)。計(jì)算機(jī)在執(zhí)行一條指令時(shí)，總要經(jīng)過(guò)取指、譯碼、取操作數(shù)、執(zhí)行等幾個(gè)步驟，每個(gè)步驟至少需要一個(gè)指令周期來(lái)完成。流水線技術(shù)是將各指令的執(zhí)行時(shí)間重疊起來(lái)，每條指令處于流水線上不同的階段。系列處理器的流水線深度從級(jí)不等，也就是可以并行處理?xiàng)l指令。（）運(yùn)算速度快。

16、為了適應(yīng)實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理的需要，當(dāng)前的都設(shè)置了硬件乘法器加法器，能在單個(gè)指令周期內(nèi)完成乘法累加運(yùn)算、任意位數(shù)的位移，以及標(biāo)準(zhǔn)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算。在通用的微處理器中，乘法指令是由一系列加法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，故需許多個(gè)指令周期來(lái)完成。當(dāng)前的水平己達(dá)到每秒數(shù)千萬(wàn)次乃至數(shù)十億次定點(diǎn)運(yùn)算或浮點(diǎn)運(yùn)算。（）適合于數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算。為了滿足，卷積等數(shù)字信號(hào)處理的特殊要求，當(dāng)前的大多在指令系統(tǒng)中設(shè)置了“循環(huán)尋址”（）及“位倒序”（）指令和其它特殊指令，使得在做這些運(yùn)算時(shí)尋址、排序及計(jì)算速度大大提高。的移植為有效地協(xié)調(diào)系統(tǒng)各部分有序運(yùn)行，提高整體系統(tǒng)的運(yùn)作效率，從而讓系統(tǒng)更加地穩(wěn)定、可靠，常常需要使用實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)。本

17、文對(duì)控制器系統(tǒng)研究并移植嵌入了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。弘是一個(gè)源代碼公開(kāi)的實(shí)時(shí)嵌入式內(nèi)核心，它提供了實(shí)時(shí)系統(tǒng)所需的基本功能。其包含全部功能的核心部分代碼只占用字節(jié)，而且由于是可裁剪的，所以用戶系統(tǒng)中實(shí)際的代碼最少可達(dá)字節(jié)，可謂短小精悍。一實(shí)際上是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，只包含了任務(wù)調(diào)度、任務(wù)管理、時(shí)間管理、內(nèi)存管理和任務(wù)間的通信與同步等基本功能，沒(méi)有提供輸入輸出管理、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)之類(lèi)的額外服務(wù)。作為一個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核，總的來(lái)說(shuō)有以下幾個(gè)顯著的特征心。：精簡(jiǎn)性：是一個(gè)源碼公開(kāi)的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，它提供了實(shí)時(shí)系統(tǒng)所需的基本功能。其包含全部功能的核心部分代碼只占用字節(jié)，事實(shí)上，的可裁剪性，所以用戶系統(tǒng)中實(shí)際的代碼

18、最少可達(dá)字節(jié)?？刹脺p性：系統(tǒng)由多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的、短小精煉的目標(biāo)模塊組成，用戶可根據(jù)需要選擇適當(dāng)模塊來(lái)裁剪和配置系統(tǒng)，這樣，通過(guò)目標(biāo)模塊之問(wèn)的按需組合，可以減少產(chǎn)品中的所需的存儲(chǔ)空間，這種裁減性是靠條件編譯實(shí)現(xiàn)的。另外，由于源碼的開(kāi)放特性，用戶還可以針對(duì)自己的硬件優(yōu)化代碼，以獲得更好的性能。可移植性：的大部分代碼是用寫(xiě)成的，只有與處理器硬件相關(guān)的一部分代碼用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。所以的移植性很強(qiáng)，可以在絕大多數(shù)位、位、位微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器上運(yùn)行。的移植并不復(fù)雜，只要編寫(xiě)個(gè)匯編語(yǔ)言的函數(shù)、個(gè)函數(shù)再定義個(gè)宏和個(gè)常量，這些宏和函數(shù)都比較簡(jiǎn)單，其中的個(gè)函數(shù)甚至只需聲明不必包含代碼。用戶可以根據(jù)需要自己編寫(xiě)移

19、植代碼。多任務(wù)：可以管理個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)必須是不同的，其中系統(tǒng)占用個(gè)，應(yīng)用程序最多可以有個(gè)任務(wù)?？纱_定性：全部服務(wù)的調(diào)度，執(zhí)行時(shí)間是可知的，即系統(tǒng)服務(wù)的執(zhí)行時(shí)間不依賴(lài)于應(yīng)用程序任務(wù)的多少。穩(wěn)定性和可靠性以及廣泛的適用性：自問(wèn)世以來(lái)己經(jīng)有了百個(gè)商業(yè)應(yīng)用，并通過(guò)（美國(guó)聯(lián)邦航空局）認(rèn)證。內(nèi)核¨叫從結(jié)構(gòu)組成上可以大致分成核心部分摸塊、任務(wù)管理模塊、時(shí)間管理模塊、任務(wù)間同步與通信模塊、內(nèi)存管理模塊、移植相關(guān)模塊這五個(gè)部分。核心部分（）是操作系統(tǒng)的處理核心，包括操作系統(tǒng)初始化、操作系統(tǒng)運(yùn)行、中斷進(jìn)出的前導(dǎo)、時(shí)鐘節(jié)拍、任務(wù)調(diào)度、事件處理等多部分。核心部分模塊包含了維持系統(tǒng)運(yùn)作的基本支持功能

20、。是以任務(wù)為基本單位調(diào)度的，任務(wù)處理部分（）任務(wù)處理部分中的內(nèi)容都是與任務(wù)的操作密切相關(guān)的。包括任務(wù)的建立、刪除、掛起、恢復(fù)等等。中的最小時(shí)鐘單位是（時(shí)鐘節(jié)拍），而任務(wù)延時(shí)等操作是由時(shí)鐘部分（）完成的。任務(wù)同步和通信部分為事件處理部分，包括信號(hào)量、郵箱、郵箱隊(duì)列；以及事件標(biāo)志等部分，主要用于任務(wù)間的互相聯(lián)系和對(duì)臨界資源的訪問(wèn)。、的內(nèi)存管理不同于通常意義上的內(nèi)存管理，的內(nèi)存管理主要是面向用戶任務(wù)中的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配如和操作提供滿足實(shí)時(shí)性要求的有效支持。移植相關(guān)部分是指針對(duì)所使用的平臺(tái)的移植部分。由于是一個(gè)通用性的操作系統(tǒng)，所以對(duì)于關(guān)鍵問(wèn)題上的實(shí)現(xiàn)，還是需要根據(jù)具體的具體內(nèi)容和要求作相應(yīng)的移植。這部分

21、內(nèi)容由于牽涉到等系統(tǒng)指針，所以通常用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。主要包括中斷級(jí)任務(wù)切換的底層實(shí)現(xiàn)、任務(wù)級(jí)任務(wù)切換的底層實(shí)現(xiàn)、時(shí)鐘節(jié)拍的產(chǎn)生和處理、中斷的相關(guān)處理部分等內(nèi)容。通過(guò)移植嵌入式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)多任務(wù)實(shí)時(shí)運(yùn)行，可以最大發(fā)揮系統(tǒng)的性能，便于控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，同時(shí)由于采用任務(wù)化運(yùn)行，便于添加新的控制任務(wù)，有利于以后系統(tǒng)的升級(jí)，因此對(duì)系統(tǒng)效能提高是明顯的。三次樣條曲線插補(bǔ)年，在研究曲線的基礎(chǔ)上，把樣條函數(shù)拓廣成參數(shù)形式的樣條曲線。它比曲線更為優(yōu)越，使設(shè)計(jì)的曲線具有局部修改能力和更大的靈活性，同時(shí)也容易保證曲線的連續(xù)性，使曲線光滑拼接問(wèn)題簡(jiǎn)化，因此樣條曲線日益得到了廣泛的應(yīng)用。在目前的數(shù)控系統(tǒng)中，其主要軌跡

22、控制功能仍為直線和圓弧插補(bǔ)，而且一般采用離線編程。此編程方式的加工過(guò)程為：根據(jù)給定的曲線的幾何信息和加工工藝信息，經(jīng)過(guò)離線編程生成描述刀具路徑的刀位文件，并通過(guò)后置處理對(duì)其進(jìn)行編碼，以得到用諸如代碼等代碼表示的指令序列即零件的程序，而后在實(shí)際加工時(shí)，再將該程序輸入數(shù)控系統(tǒng)，由其對(duì)程序進(jìn)行譯碼和處理，最后通過(guò)實(shí)時(shí)直線或圓弧插補(bǔ)得到所希望的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡和坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制指令，由此控制數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)完成曲線的加工。為了保證精度要求，每段代碼定義的位移很小，因而代碼文件會(huì)變的很長(zhǎng)，這會(huì)嚴(yán)重影響加工的速度和效率，即人們常說(shuō)的“犧牲速度獲得精度”。很明顯，這與所期望的高效、高精度、高速加工有了難以解決的沖突。

23、為了同時(shí)獲得較高的速度和精度，引入了復(fù)雜曲線（如樣條曲線等）的插補(bǔ)功能¨引，可以直接輸入到系統(tǒng)來(lái)形成數(shù)控插補(bǔ)路線，或者用這種靈活性更高、適應(yīng)性更強(qiáng)的曲線來(lái)逼近各種復(fù)雜曲線。這樣，在相同的精度下，一段復(fù)雜曲線段比一段直線段能描述更長(zhǎng)的零件輪廓，一般情況下，采用復(fù)雜曲線的代碼文件的長(zhǎng)度不會(huì)超過(guò)原來(lái)方法的十分之一。而且，由于采用曲線的直接插補(bǔ)或者通過(guò)曲線逼近的方法進(jìn)行插補(bǔ)，所以加工速度要快的多，加工出來(lái)的曲線也更加平滑。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和伺服技術(shù)的發(fā)展，以交流伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件的計(jì)算機(jī)閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)己成為數(shù)控的主流。由于現(xiàn)有處理器處理速度以及運(yùn)算能力的大大增強(qiáng)，使得復(fù)雜曲線和曲面的實(shí)時(shí)插補(bǔ)

24、成為可能，為提高數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)的功能提供了有利的條件。因此，現(xiàn)在樣條曲線的插補(bǔ)算法非常流行，這種算法廣泛的應(yīng)用于復(fù)雜曲線的加工，它把曲線加工中的僅有的離散點(diǎn)的加工能力，提高到對(duì)刀具連續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡的控制。本文采用了基于三次樣條曲線的恒速進(jìn)給實(shí)時(shí)插補(bǔ)算法¨引，該算法不僅使插補(bǔ)動(dòng)點(diǎn)位于三次樣條曲線上，而且參數(shù)域的非均勻分割使實(shí)時(shí)插補(bǔ)過(guò)程中插補(bǔ)速度保持恒定。實(shí)時(shí)插補(bǔ)一方面大大減少了系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)間的幾何信息傳遞，有效緩和零件快速、高精度加工與通訊加載間的沖突，另一方面插補(bǔ)速度波動(dòng)和輪廓誤差比傳統(tǒng)插補(bǔ)算法和參數(shù)均勻分割插補(bǔ)算法均小的多。本章小結(jié)本章從總體的角度考察了基于的運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)，給出了運(yùn)

25、動(dòng)控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖，確定運(yùn)動(dòng)控制器在數(shù)控系統(tǒng)中具體承擔(dān)的任務(wù)，分析了實(shí)現(xiàn)這些任務(wù)應(yīng)注意的問(wèn)題，詳細(xì)闡述了板卡中所用到的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵部件，包括實(shí)時(shí)控制芯片作為運(yùn)動(dòng)控制器的、，嵌入式系統(tǒng)移植、基于三次樣條曲線的恒速插補(bǔ)算法。五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)選擇芯片是系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。只有選定了芯、片才能進(jìn)一步設(shè)計(jì)其外圍電路及系統(tǒng)的其它電路。芯片的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)需要確定。一般從以下幾個(gè)方面考慮：芯片的運(yùn)算速度、價(jià)格、硬件資源、運(yùn)算精度、開(kāi)發(fā)工具和的功耗等。芯片是（）公司生產(chǎn)的位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，是專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于電機(jī)控制領(lǐng)域的一款低價(jià)格、高性能芯片。它將高性

26、能的內(nèi)核和豐富的微控制器外設(shè)功能集于一身，為控制系統(tǒng)應(yīng)用提供了一個(gè)理想的解決方案。芯片特點(diǎn)在芯片是平臺(tái)下的一種定點(diǎn)芯肟。為功能強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了低成本、低功耗、高性能的處理能力，對(duì)電機(jī)的數(shù)字化控制非常有用。幾種先進(jìn)外設(shè)被集成到該芯片內(nèi)，以形成真正的單芯片控制器。在與現(xiàn)存控制器芯片代碼兼容的同時(shí)，。芯片具有處理性能更好（）、外設(shè)集成度更高、程序存儲(chǔ)器更大、轉(zhuǎn)換速度更快等特點(diǎn)，是電機(jī)數(shù)字化控制的升級(jí)產(chǎn)品，有以下一些特點(diǎn)：斌：采用高性能靜態(tài)技術(shù)，使得供電電壓降為，減小了控制器的功耗，的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到（），從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力?；诘暮吮ＷC了代碼和系列代碼兼容。片內(nèi)有高達(dá)字的程

27、序存儲(chǔ)器（扇區(qū)），高達(dá)字的數(shù)據(jù)程序，字可實(shí)現(xiàn)零等待兩次訪問(wèn)的存儲(chǔ)器空間（），字單次零等待訪問(wèn)的存儲(chǔ)器空間（）。兩個(gè)事件管理器模塊和，每個(gè)事件管理器包括：兩個(gè)位通用定時(shí)器，個(gè)位的脈寬調(diào)制（）通道。可以實(shí)現(xiàn)：三相反相器控制、的中心或邊緣校正；當(dāng)外部引腳出現(xiàn)低電平時(shí)快速關(guān)閉通道：防止擊穿的可編程的死區(qū)控制；對(duì)外部事件進(jìn)行定時(shí)捕獲的個(gè)捕獲單元；片內(nèi)光電編碼器接口電路。事件管理器模塊適用于控制交流異步電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、多級(jí)電動(dòng)機(jī)和逆變器?？蓴U(kuò)展的外部存儲(chǔ)器總共字：字程序存儲(chǔ)器；字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器和字的空間?？撮T(mén)狗（）定時(shí)器模塊。通道的位轉(zhuǎn)換器，最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為，可選擇由兩個(gè)事件管

28、理器來(lái)觸發(fā)兩個(gè)通道輸入轉(zhuǎn)換器或一個(gè)通道輸入的轉(zhuǎn)換器?？刂破鲄^(qū)域網(wǎng)絡(luò)（）模塊。串行通信接口（）。位的串行外設(shè)接口模塊（）?；阪i相環(huán)（）的時(shí)鐘發(fā)生器。高達(dá)個(gè)可單獨(dú)編程或復(fù)用的通用輸入輸出引腳（）。個(gè)外部中斷（電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)、復(fù)位和兩個(gè)可屏蔽中斷）。電源管理包括種低功耗模式，并且能獨(dú)立將外設(shè)器件轉(zhuǎn)入低功耗模式。輔助電路設(shè)計(jì)供電電路設(shè)計(jì)是低功耗芯片，必須采用供電，采用美國(guó)公司生產(chǎn)的電源管理芯片的將電壓轉(zhuǎn)換為為和器件等需要電壓的元件供電，電源管理電路如圖所示。端是電壓輸入端，輸入電壓可以是一之間，端是電壓輸出端，在時(shí)的典型值是，在之間，輸出電壓最小為，最大為。具有極低的靜態(tài)電流，典型值為微安，輸出電流可

29、達(dá)，具有（電源好）指示功能。圖電源電路時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)上集成有（鎖相環(huán)）時(shí)鐘模塊，可以為芯片及外設(shè)提供所需的時(shí)鐘信號(hào)?？商峁┓N時(shí)鐘信號(hào)：供內(nèi)核、片內(nèi)寄存器、片內(nèi)設(shè)備使用的，系統(tǒng)時(shí)鐘，一般為的或，供模擬模塊使用的，一般為，供計(jì)數(shù)實(shí)時(shí)中斷模塊使用的，一般為。模塊可以按照、的倍率進(jìn)行倍頻或分頻¨。這里的時(shí)鐘信號(hào)由外部提供，由于的速度達(dá)到，所以選擇的晶振，從輸入，經(jīng)和三倍頻成信號(hào)，供使用，管腳懸空。復(fù)位電路設(shè)計(jì)的復(fù)位信號(hào)有兩種：上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。一般將上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位的兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)與以后送到的復(fù)位輸入引腳。在電源接通時(shí)，電源通過(guò)電阻向電容充電，待電容的電壓達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，整形觸發(fā)電路向的復(fù)

30、位端輸出可靠的復(fù)位信號(hào)使系統(tǒng)復(fù)位。電容的充電時(shí)間的長(zhǎng)短取決于充電參數(shù)（電阻和電容）的大小，電阻和電容參數(shù)的選取取決于用戶的要求。當(dāng)需要系統(tǒng)復(fù)位是按下按鈕，則電容通過(guò)形狀放電，電容兩端的電壓迅速下降，通過(guò)整形電路輸出低電平信號(hào)，再一次使復(fù)位，整形電路的作用是保證復(fù)位信號(hào)穩(wěn)定可靠。五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文仿真接口設(shè)計(jì)在上設(shè)置有符合標(biāo)準(zhǔn)的（）標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試接口及相應(yīng)的控制器。不但能控制和觀察多處理器系統(tǒng)中的每個(gè)處理器的運(yùn)行、測(cè)試每塊芯片，還可以通過(guò)這個(gè)接口來(lái)載入程序。控制片上設(shè)置了一個(gè)針的接口。在運(yùn)動(dòng)控制器的硬件調(diào)試及軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，聞亭公司提供的仿真器接通接口，在上編譯軟件并下載到中進(jìn)行控制，開(kāi)發(fā)好的程序也

31、可以通過(guò)該接口燒錄到的程序存儲(chǔ)器中。和測(cè)試口同時(shí)工作的還有一個(gè)分析模塊，它支持?jǐn)帱c(diǎn)設(shè)置和程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序的單步運(yùn)行和跟蹤以及外部中斷計(jì)數(shù)等。與的接口電路圖如圖所示，和信號(hào)加上拉電阻的目的是為了保證信號(hào)上升時(shí)間小于¨別。蚺。一一一）一一一（二仁二圖仿真接口電路液晶顯示屏和鍵盤(pán)輸入接口是一個(gè)高速同步串行輸入輸出端口，它允許一個(gè)具有可編程串行外設(shè)接口長(zhǎng)度到位）的串行位流，以可編程的位傳送速率從設(shè)備移入或移出。本設(shè)計(jì)利用口外接液晶顯示屏，是一塊低功耗的控制驅(qū)動(dòng)器，設(shè)計(jì)為驅(qū)動(dòng)行列的圖形顯示。所有必須的顯示功能集成在一塊芯片上，包括電壓及偏置電壓發(fā)生器，只須很少外部元件且功耗小。與微

32、控制器的接口使用串行總線。引腳說(shuō)明，見(jiàn)下表：引名稱(chēng)腳說(shuō)明電源（）串行時(shí)鐘線串行數(shù)據(jù)線（）模式選擇，選擇命令地址或數(shù)據(jù)輸入。芯片使能電源地復(fù)位，低電平有效電壓調(diào)整，一般對(duì)地接電容背光燈指示，高電平亮電路如圖所示：圖液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)外接可以實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)輸入。是并行輸入，串行輸出移位寄存器，可以多個(gè)串接，本設(shè)計(jì)只用了一個(gè)擴(kuò)展個(gè)鍵盤(pán)輸入，通過(guò)接口與連接，原理圖如圖示：圖鍵盤(pán)輸入電路轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)芯片內(nèi)部沒(méi)有轉(zhuǎn)換模塊，本設(shè)計(jì)通過(guò)擴(kuò)展外接芯片。公司生產(chǎn)的位路轉(zhuǎn)換芯片將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量送到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。它接收位并行的輸入數(shù)據(jù)，有雙緩沖的輸入邏輯，并提供一個(gè)內(nèi)部輸入寄存器的反饋模式，它有低功耗。能在單極電源或雙

33、極電源±下工作。每個(gè)的低功耗、小體積使特別適合于閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。所謂雙緩沖就是指在數(shù)據(jù)傳送到實(shí)際轉(zhuǎn)換器前，數(shù)據(jù)可以寫(xiě)到保持寄存器中，這樣數(shù)據(jù)可以分別載入，但同時(shí)轉(zhuǎn)換。五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文圖轉(zhuǎn)換電路控制電壓轉(zhuǎn)換電路要實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，需要將中計(jì)算所的的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為的控制電壓?？刂破髦胁捎玫奈宦忿D(zhuǎn)換芯片將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量送到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。采用作為基準(zhǔn)電源，它提供了一個(gè)的基準(zhǔn)電壓作為供給的參考電壓。采用單極電源方式，的接，接地，接，接地，輸入范圍，四個(gè)通道在中的地址為：，更新的地址為，其片選信號(hào)由器件進(jìn)行邏輯運(yùn)算后獲得。由于是供電，與之間通過(guò)的電壓轉(zhuǎn)換芯片傳輸數(shù)據(jù)。的四個(gè)通道輸出信號(hào)

34、的電壓范圍為，需要將其進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)化為。圖是放大電路原理圖。經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器的第一級(jí)運(yùn)放后得到的電壓范圍是，然后經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器的第二級(jí)運(yùn)放后得到的電壓范圍是，與數(shù)字量相對(duì)應(yīng)。五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文圖電壓放大電路存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制器的存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路，選擇具有較高存取速度的外部存儲(chǔ)器非常重要。如果不考慮速度問(wèn)題，可使用信號(hào)和片內(nèi)等待狀態(tài)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生等待狀態(tài)，滿足與慢速器件之間的通訊問(wèn)題。而對(duì)于本系統(tǒng)，終端部分的數(shù)據(jù)處理量比較大，數(shù)據(jù)處理速度要求快，因此需要高速的存儲(chǔ)器接口。因此，我們選用公司生產(chǎn)的¨到是高速靜態(tài)，它的特點(diǎn)：高速的存取速度、低功耗、高字節(jié)和低字節(jié)的存取獨(dú)立控制等，供

35、電，接，其和接地，接的信號(hào)，接的信號(hào)。有字的數(shù)據(jù)程序，字雙口（）和字的單口（）。但是考慮到控制器的程序量比較大，相關(guān)的數(shù)據(jù)較多，需要的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存空間較大，因此在外部用一片擴(kuò)展了位的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，地址空間為。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間用來(lái)保存采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、處理過(guò)的數(shù)據(jù)和運(yùn)算過(guò)程中的許多中間變量，當(dāng)訪問(wèn)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，外部存儲(chǔ)器信號(hào)和處于高阻狀態(tài)，在內(nèi)，地址線的最高位取非后與信號(hào)相或，其輸出與外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的連接進(jìn)行片選，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，一個(gè)有效的信號(hào)表明外部總線正被數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器占用，處于低電平。在基于總線的控制器中，外部數(shù)據(jù)空間的被映射到一的寄存器，因此需要對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址線還提供了字節(jié)的程序存儲(chǔ)器，

36、可以將編譯好的程進(jìn)行相應(yīng)的譯碼處理，使數(shù)據(jù)空間映射到。五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文序燒錄進(jìn)去運(yùn)行。但是，程序在中運(yùn)行速度較慢，最好是在上電復(fù)位后將程序搬運(yùn)到中運(yùn)行以提高執(zhí)行速度。同時(shí)，在進(jìn)行程序調(diào)試時(shí)，也是通過(guò)跳線將引腳置為高電平，使程序在外部存儲(chǔ)器中執(zhí)行。因此利用芯片擴(kuò)展了的片外程序存儲(chǔ)器。當(dāng)訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器時(shí)，外部存儲(chǔ)器信號(hào)和處于高阻態(tài)，信號(hào)直接和外部的連接，一個(gè)有效的信號(hào)表明外部總線正被程序存儲(chǔ)器占用。光電隔離電路設(shè)計(jì)為防止外界信號(hào)干擾，保證控制器的可靠性和安全性，輸入輸出信號(hào)都經(jīng)由進(jìn)行光電隔離。輸入信號(hào)主要包括限位開(kāi)關(guān)信號(hào)、回零信號(hào)和伺服報(bào)警信號(hào)。每個(gè)控制軸有正反方向的兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)，各產(chǎn)生兩

37、個(gè)限位信號(hào)，如有個(gè)軸，則共個(gè)限位信號(hào)：、一、一、，其中“表示正限位，“一表示負(fù)限位。報(bào)警信號(hào)為，回零信號(hào)為。它們進(jìn)入的信號(hào)經(jīng)過(guò)光電合理后電平由變?yōu)?，信?hào)名稱(chēng)分別為工。一，酬，進(jìn)入的、和通用口。當(dāng)檢測(cè)到這些輸入并引起的中斷后，確定具體觸發(fā)的信號(hào)，限位信號(hào)觸發(fā)則立即停止對(duì)應(yīng)電機(jī)該方向的運(yùn)動(dòng)，直到限位消除電機(jī)才能在該方向繼續(xù)運(yùn)動(dòng)；回零信號(hào)觸發(fā)則電機(jī)等待信號(hào)的輸入后立即讓電機(jī)反向運(yùn)行用戶設(shè)定的回零距離作為機(jī)械零點(diǎn)；伺服報(bào)警信號(hào)輸入時(shí)，程序立即停止該電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，直到用戶將報(bào)警清除。輸入光電隔離電路圖如圖所示。同時(shí)，還提供四路通用輸入信號(hào)。輸出信號(hào)主要包括伺服電機(jī)的伺服使能信號(hào)、報(bào)警清除信號(hào)和路通用輸出信

38、號(hào)，分別由、等口輸出。與上述的輸入輸出對(duì)應(yīng)，在程序中，需要將的通用輸入輸出口進(jìn)行配置，在初始化程序中的配置主要為：，。圖輸入信號(hào)光電隔離電路圖圖輸出信號(hào)光電隔離電路圖總線與通訊電路設(shè)計(jì)是的縮寫(xiě)，即通用串行總線。它是一種電纜總線，是電腦系統(tǒng)連接外圍設(shè)備的新的輸，輸出標(biāo)準(zhǔn)，而協(xié)議是總線的通信協(xié)議。目前，總線己經(jīng)成為機(jī)主板上的標(biāo)準(zhǔn)配置，作為一種新型的接口以其較五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文快的傳輸速率和方便的連接等優(yōu)勢(shì)受到用戶的青睞。到目前為止，己經(jīng)在機(jī)的多種外設(shè)上得到應(yīng)用。接口芯片選擇按芯片的構(gòu)架來(lái)劃分，市面上的控制器芯片可以分為不需要外接微處理器的和需要外接微處理器的兩類(lèi)芯片。內(nèi)嵌通用微控制器的控制芯片，

39、一般是在通用微控制器的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了功能，其優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)發(fā)者熟悉這些通用微控制器的結(jié)構(gòu)和指令集，相關(guān)資料豐富，易于進(jìn)行開(kāi)發(fā)。如基于的系列，基于的，基于系列的，基于的等控制芯片。需要外接微控制器的芯片，只處理與相關(guān)的通信工作，而且必須由外部微控制器對(duì)其控制才能正常工作，這些芯片必須提供一個(gè)串行或并行的數(shù)據(jù)總線與微控制器進(jìn)行連接。其優(yōu)點(diǎn)是芯片價(jià)格便宜，而且便于用戶使用自己熟悉的微控制器進(jìn)行開(kāi)發(fā)。如公司的和一。按傳輸速度高低，可分為支持協(xié)議的低速系列、全速系列和支持協(xié)議的高速系列。屬于前者，而屬于后者。由于運(yùn)動(dòng)控制器選用高性能的處理器作為核心，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和傳輸速度有較高的要求，因此選用公司的瞄引接口芯片。的特性一是公司在原有芯片的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的又一款高速接口芯片。運(yùn)動(dòng)控制器主要涉及的芯片的特性如下：高性能的接口器件，集成了串行接口引擎（、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)收發(fā)器和的電壓調(diào)整器；支持的自檢工作模式和的返回工作模式；個(gè)端點(diǎn)，個(gè)端點(diǎn)和個(gè)固定的控制端點(diǎn)；集成字節(jié)的多結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器；端點(diǎn)的雙緩沖配置增加了數(shù)據(jù)吞吐量并輕松實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸；同大部分的微控制器微處理器有單獨(dú)的總線接