MCX314As運(yùn)動(dòng)控制芯片
    
    一、運(yùn)動(dòng)控制芯片簡(jiǎn)介
    
    運(yùn)動(dòng)控制芯片是專(zhuān)門(mén)為步進(jìn)和伺服控制用途設(shè)計(jì)的專(zhuān)用DSP數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)動(dòng)處理器。該產(chǎn)品問(wèn)世二十多年來(lái)，憑借其強(qiáng)大的功能，優(yōu)良的品質(zhì)，簡(jiǎn)單易用的特色和富于競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格，已占據(jù)美日歐大部分市場(chǎng),為各行各業(yè)的上萬(wàn)家用戶(hù)采用。
    
    用戶(hù)采用這類(lèi)芯片后，原來(lái)很復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題就可以變得相當(dāng)簡(jiǎn)單。所有實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制工作都可由運(yùn)動(dòng)控制芯片處理，包括勻速和變速脈沖發(fā)射、升降速規(guī)劃、直線(xiàn)或圓弧插補(bǔ)、原點(diǎn)及限位開(kāi)關(guān)管理、編碼器計(jì)數(shù)，丟步檢測(cè)等。主芯片單片機(jī)或PC機(jī)只需向PCL/PCD芯片發(fā)出簡(jiǎn)單指令，即可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，因而可將其自身資源主要用于人機(jī)接口（鍵盤(pán)、顯示等）以及I/O口監(jiān)控。這樣可以大大簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)控制器的軟硬件結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)工作。

    圖1.1 典型運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)
    
    二、使用運(yùn)動(dòng)控制芯片的優(yōu)點(diǎn)
    
    采用運(yùn)動(dòng)控制芯片具有以下好處:
    
    縮短開(kāi)發(fā)周期，加快產(chǎn)品上市速度：使用運(yùn)動(dòng)控制芯片能大大簡(jiǎn)化和縮短運(yùn)動(dòng)控制器的研發(fā)過(guò)程。原來(lái)需要一兩年才能開(kāi)發(fā)成熟的產(chǎn)品可能在一至兩個(gè)月中開(kāi)發(fā)成功，因此可以大規(guī)模降低開(kāi)發(fā)成本和風(fēng)險(xiǎn)，比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更快搶占市場(chǎng)。
    
    提高控制性能：運(yùn)動(dòng)控制的高性能控制可使電機(jī)運(yùn)動(dòng)更快、更平穩(wěn)、更安靜、更精確。
    
    提高系統(tǒng)可靠性：運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)處理器中各項(xiàng)軟硬件功能均已千錘百煉，比用戶(hù)自己開(kāi)發(fā)的更為可靠。采用此芯片后，控制器的硬件器件大為減少，軟件程序大為縮短，均有助提高可靠性。
    
    降低系統(tǒng)硬件成本：有了運(yùn)動(dòng)控制芯片，您再不必花費(fèi)高價(jià)購(gòu)買(mǎi)或生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大的控制器了。而且運(yùn)動(dòng)控制芯片減速曲線(xiàn)可以更好的消除步進(jìn)丟步和伺服過(guò)沖問(wèn)題，因而允許系統(tǒng)采用功率更小的電機(jī)及驅(qū)動(dòng)來(lái)達(dá)到同等運(yùn)動(dòng)指標(biāo)，從而降低系統(tǒng)成本和體積。
    
    降低軟件研發(fā)成本：軟件開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、快速，可以由更少的軟件研發(fā)人員花更少的時(shí)間完成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制編程。
    
    與其它產(chǎn)品相比功能更強(qiáng)大：例如PCL6045B中帶有預(yù)置寄存器可存儲(chǔ)下兩段插補(bǔ)參數(shù)，因此可保證多段插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性。另外，還有間隙補(bǔ)償，伺服停止時(shí)減少振蕩等獨(dú)特功能, 芯片內(nèi)置多點(diǎn)緩沖等功能。本芯片特別適應(yīng)于多軸插補(bǔ)用途。
    
    三、運(yùn)動(dòng)控制芯片的應(yīng)用領(lǐng)域
    
    雕刻機(jī)、繡花機(jī)、印刷機(jī)、包裝機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、木工機(jī)械、半導(dǎo)體設(shè)備、檢測(cè)儀器、紡織機(jī)械等。
    
    四、怎樣使用運(yùn)動(dòng)控制芯片
    
    使用運(yùn)動(dòng)控制芯片開(kāi)發(fā)運(yùn)動(dòng)控制器時(shí)，一般采用主從式雙 CPU 結(jié)構(gòu)模式。主 CPU 為單片機(jī)（例如 8051 ）或 PC 機(jī)（奔騰處理器），用于鍵盤(pán)、顯示，串行通訊等管理工作，而從 CPU 即為運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)控制芯片，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)控制的處理工作。有單片機(jī)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的人都很熟悉外圍芯片，如 8255 （ I/O 口）， 8253 （計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器）， 8279 （鍵盤(pán)、顯示）等，每個(gè)外圍芯片能處理一類(lèi)實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的工作。因而可以大大減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)。 運(yùn)動(dòng)控制芯片的作用和操作也很類(lèi)似，其與單片機(jī)的通訊是靠讀寫(xiě)總線(xiàn)上的幾個(gè)地址來(lái)進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)的傳輸（見(jiàn)圖 1.12 和 1.13 ）。
    
    A、獨(dú)立式控制器：一個(gè)廉價(jià)單片機(jī)（如 8051 ）加上運(yùn)動(dòng)控制芯片以及鍵盤(pán)、液晶等器件，即可構(gòu)成功能強(qiáng)大的機(jī)電控制器，如有必要也可與 PC 機(jī)進(jìn)行 RS232 串行通訊。

    圖1.12 獨(dú)立式控制器
    
    B、PC 插卡式控制器：用戶(hù)只需在 PCB 板上裝上運(yùn)動(dòng)控制芯片加上少量廉價(jià)的地址解碼器和光耦芯片，即可構(gòu)成 ISA 或 PCI 總線(xiàn)上的多軸插卡式控制器，成本低廉。

    圖1.13 PC插卡式控制器
    
    四、基于運(yùn)動(dòng)控制芯片的運(yùn)動(dòng)控制軟件開(kāi)發(fā)介紹
    
    使用運(yùn)動(dòng)控制芯片時(shí)，軟件開(kāi)發(fā)主要包含以下三個(gè)工作：
    
    1、熟悉芯片的操作指令和各種內(nèi)部寄存器；
    
    2、編寫(xiě)運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫(kù)；
    
    3、在單片機(jī)的主程序中調(diào)用運(yùn)動(dòng)函數(shù) 。
    
    1、操作指令和內(nèi)部寄存器
    
    運(yùn)動(dòng)控制芯片的典型內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖與一般的單片機(jī)外圍芯片類(lèi)似 如 8255,8254 等 。運(yùn)動(dòng)控制芯片接口處有四個(gè)地址（與外圍芯片 8255 等相似），單片機(jī)或 PC 機(jī)只需向相應(yīng)地址寫(xiě)入命令或數(shù)據(jù)，即可操作控制芯片或設(shè)置各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)。如速度、距離、加速度、運(yùn)行模式等，如要了解現(xiàn)時(shí)的芯片工作狀態(tài)，例如脈沖已發(fā)多少，原點(diǎn)是否找到，單片機(jī)（或 PC ）可以向四個(gè)地址讀取相應(yīng)寄存器中的數(shù)據(jù)。
    
    運(yùn)動(dòng)控制芯片內(nèi)部有十至幾十個(gè)寄存器，存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)參數(shù)或工作狀態(tài)值，單片機(jī)可通過(guò)四個(gè)接口地址來(lái)寫(xiě)這些寄存器，從而達(dá)到改變運(yùn)動(dòng)參數(shù)或了解即時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的目的。另外，運(yùn)動(dòng)控制可以中斷主 CPU ，通知特殊狀態(tài)，如脈沖已發(fā)完成或遇上限位開(kāi)關(guān)等。
    
    2、編寫(xiě)簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫(kù)
    
    為了簡(jiǎn)化軟件結(jié)構(gòu)，可以建立一個(gè)函數(shù)庫(kù)，專(zhuān)門(mén)用于管理與運(yùn)動(dòng)控制芯片相關(guān)的操作，根據(jù)所用芯片型號(hào)和具體用途，該函數(shù)庫(kù)應(yīng)包括十幾個(gè)到幾十個(gè)函數(shù)，例如：
    
    1、參數(shù)設(shè)置函數(shù)（設(shè)置距離、速度、加速度等）；
    
    2、狀態(tài)讀取函數(shù)（讀取當(dāng)前位置、原點(diǎn)和限位開(kāi)關(guān)狀態(tài)等）；
    
    3、運(yùn)動(dòng)函數(shù)（點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)、連續(xù)運(yùn)動(dòng)、圓弧插補(bǔ)、回零等）；
    
    4、停止和中斷管理函數(shù)（急停和減速等）；
    
    3、主 CPU 上調(diào)用運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫(kù)
    
    有了運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫(kù)，主 CPU 上的主程序只需反復(fù)調(diào)用這些函數(shù)，即可執(zhí)行十分復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制。開(kāi)發(fā)者可以專(zhuān)注于鍵盤(pán)、顯示等輸入輸出管理，不需再為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制煩惱了。

原創(chuàng)作者：南京順康數(shù)碼科技有限公司