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引言 運動(dòng)控制系統廣泛地應用于工業(yè)控制領(lǐng)域，而嵌入式技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應用還不太成熟，近年來(lái)，工業(yè)控制對運動(dòng)控制系統的要求越來(lái)越高，為了滿(mǎn)足新一代運動(dòng)控制系統的各項性能要求，嵌入式運動(dòng)控制器應運而生�；�ARM與DSP運動(dòng)控制芯片相結合的新一代運動(dòng)控制系統，充分發(fā)揮ARM微控器與專(zhuān)業(yè)運動(dòng)控制芯片MCX314As的各自特點(diǎn)，可方便的構成高性能的嵌入式運動(dòng)控制系統。 運動(dòng)控制芯片MCX314As MCX314As是日本NOVA電子有限公司的DSP運動(dòng)控制專(zhuān)用芯片，它是控制4軸的脈沖序列輸出驅動(dòng)伺服電機、步進(jìn)電機的運動(dòng)控制芯片， 可用于工業(yè)自動(dòng)化設備、工業(yè)機器人、測量設備、辦公設備和家用電器等�？梢赃M(jìn)行各軸獨立的定位控制、速度控制，另一方面亦可在4軸中任意的選擇2軸或是3 軸來(lái)進(jìn)行圓弧、直線(xiàn)、位模式插補。輸出脈沖頻率高達4MHZ，誤差低于±0.5最小插補單元，倍率1～500。每軸都有伺服反饋輸入端、四個(gè)輸入點(diǎn)和8個(gè) 輸出點(diǎn)，能獨立地設置為恒速、線(xiàn)性、非對稱(chēng)S曲線(xiàn)加/減控制、非對稱(chēng)梯形加/減控制,并有2個(gè)32位的邏輯、實(shí)際位置計數器和狀態(tài)比較寄存器，實(shí)現位置的 閉環(huán)控制[1]。 MCX314As運動(dòng)控制芯片能 與8/16位數據總線(xiàn)接口，通過(guò)命令、數據和狀態(tài)等寄存器實(shí)現4軸3聯(lián)動(dòng)的位置 、速度、加速度等運動(dòng)控制和實(shí)時(shí)監視。在實(shí)際運用時(shí)可以把所有極其復雜的實(shí)時(shí)運動(dòng)控制工作交給MCX314As芯片來(lái)處理，而主機CPU只需要向 MCX314As芯片發(fā)出一系列的控制指令便能實(shí)現各種復雜的運動(dòng)。 2 ARM微處理器S3C2410 S3C2410 是韓國三星公司的32位RISC嵌入式處理器。該處理器為手持設備和一般性應用提供了一個(gè)高性?xún)r(jià)比、低功耗、高性能的解決方案。該芯片基于A(yíng)RM920T 內核，采用五級流水線(xiàn)和哈佛結構，主頻高達200MHz[3]。ARM920T具有全性能的內存管理單元MMU、獨立的16KB指令和數據Cache以及 高速AMBA總線(xiàn)接口。為了減少應用系統設計的成本，S3C2410集成了眾多的常用資源，例如：LCD控制器、NANDFlash控制器、SDRAM控 制器、系統片選邏輯以及一些常用的通訊接口等資源,使它廣泛的應用于工業(yè)控制領(lǐng)域。 運動(dòng)控制器的基本構成 由S3C2410和MCX314As構成運動(dòng)控制器。在開(kāi)發(fā)板S3C2410上設計有系統總線(xiàn)預留接口，預留了S3C2410芯片上的基于通用IO口的信號線(xiàn)，包括16位數據線(xiàn)、12位地址線(xiàn)、片選信號和一些讀寫(xiě)控制信號線(xiàn)，以方便用戶(hù)擴展應用電路。運動(dòng)控制芯片MCX314As 與S3C2410處理器的連接就是通過(guò)這個(gè)標準的系統總線(xiàn)接口電路，把兩者的數據線(xiàn)、地址線(xiàn)、讀寫(xiě)控制線(xiàn)、片選信號和中斷等信號連接起來(lái)。在兩者信號連接 連接之間加入SN74ALVC164245的芯片來(lái)實(shí)現電平轉換，同時(shí)驅動(dòng)信號。另外還需要注意的是，我們使用的是16位數據線(xiàn)的傳輸，所以 MCX314As芯片的H16L8引腳必須接上高電平。
圖1 S3C2410與MCX314As的接口電路框圖 嵌入式運動(dòng)控制系統系統進(jìn)行加工的過(guò)程實(shí)際上就是從ARM上位機傳輸數據到MCX314As下位機的過(guò)程。其控制流程如下： (1)加工程序運行開(kāi)始，首先對MCX314As芯片進(jìn)行初始化。對MCX314As芯片進(jìn)行設置初始速度、加速度、減加速度、加速度變化率、正轉反轉方式、邏輯位置計數器清零、實(shí)際位置計數器清零等。 (2)選擇需要進(jìn)行加工的軸，MCX314As芯片有X、Y、Z、U四個(gè)軸，都有著(zhù)相同的功能能力，能實(shí)現四軸三聯(lián)動(dòng)。 (3)設置所選軸模式和運行參數，包括直線(xiàn)定速模式、單步插補輸出模式和中斷請求。 (4)初始化位置計數器，即將數據庫中的行號寫(xiě)入此計數器進(jìn)行減法計算，每處理完一行數據進(jìn)行減一處理。 (5)進(jìn)行命令和數據傳輸，發(fā)出數據后對狀態(tài)寄存器進(jìn)行檢查，加工完一段后發(fā)出信號然后再發(fā)送下一組數據，一直到加工完成為止。在加工過(guò)程中一 旦出現中斷，首先讀取各寄存器數據進(jìn)行保存，等待恢復加工后再讀寫(xiě)出來(lái)。整個(gè)數據庫文件輸出結束后，保存運行系統完成后的數據信息和系統所處的狀態(tài)信息， 以備下個(gè)零件加工，由此加工結束。 運動(dòng)控制器在XY兩軸數控伺服工作臺中的應用 XY兩軸工作臺是采用滾珠絲桿和滾動(dòng)導軌傳動(dòng)的十字工作臺(X、Y兩軸垂直)。X、Y兩軸兩端各有1個(gè)限位開(kāi)關(guān)。采用松下交流伺服電機(型號 MSMA022A1C，功率200W，額定轉速3000r/min，額定轉矩0.64Nm)驅動(dòng)工作臺運動(dòng)，電機驅動(dòng)器采用松下伺服驅動(dòng)器 MSDA023A1A。采用光電編碼器作為位置反饋器件(伺服電機同軸安裝11線(xiàn)2500P/r增量編碼器)[3] 圖2是該平臺的X軸驅動(dòng)原理圖[1]，Y軸驅動(dòng)與X軸驅動(dòng)電路相同。圖中M為伺服電機，EC是編碼器。將伺服驅動(dòng)器的“控制模式”設置為“位置 控制”，把指令脈沖設置為CW/CCW方式。S3C2410按流程圖操作MCX314As，設置相應的運動(dòng)參數，寫(xiě)入功能命令，即可完成對平臺的運動(dòng)軌跡 控制。
圖2 單軸信號驅動(dòng)系統的接口示意框圖 結語(yǔ) 運動(dòng)控制系統在工業(yè)控制中的應用比較廣泛，MCX314As是高集成度的運動(dòng)控制專(zhuān)用芯片能實(shí)現四軸三聯(lián)動(dòng)的位置、速度、加速度控制和直線(xiàn)、圓弧、位元3種模式的連續插補和位置閉環(huán)控制。而ARM處理器具有強大的32位RISC性能，體積小、功耗低。用ARM與專(zhuān)業(yè)運動(dòng)控制芯片設計運動(dòng)控制器能大大減輕研發(fā)任務(wù)，加快研發(fā)速度，可以在較短時(shí)間內得到控制性能優(yōu)異的嵌入式運動(dòng)控制系統。 參考文獻： [1] 葉佩青, 汪勁松. MCX314運動(dòng)控制芯片與數控系統的設計[M], 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社，2002 [2] 余張國. 基于A(yíng)RM和MCX314A的嵌入式運動(dòng)控制器[J]，微計算機信息，2005,21卷9-2 ，76-78 [3] SBC2410X使用手冊Version0.9. 廣州友善之臂科技有限公司 [4] MCX314A, DataSheet, NOVA電子有限公司 [5] S3C2410 DataSheet, 韓國三星公司 |
