MCX314运动控制芯片与数控系统设计

【实例简介】
书详细介绍了 MCX314的控制原理，它与MCS51、PC机ISA、PCI总线等的接口电路，用汇编和C语言实现的控制软件和相关技术，以及基于它设计的机床数控系统的软、硬件方法
4.11状态寄存器I:RR ……………………………………………(63) 4.1?状态斋存器2:RR? …………………………………………(65) 4.13状态寄存器3:RR3……… …(65) 4.14输入奇器:R武4/RR5 ………………(66) 4.↓数据寄存器:RR6/RR7·………………4…………*………(67 第s章MCX314指令系统解释与分析 5.,1写数据命令……,… __自·日■『·中■F日自十■·日■自F■日r'■ (70) 5.1.1量程设定…………… 7 5.1.25此我加速度变化率设定 b 品d·■·d↓晶mq4 (73 5.1.3前速度设定…………………………………………(71) 5.1,4减速度设定 ■■备■■■■■晋■■■■■■暑 …………(71) 5.1.5初始速度设定……………………………………………………(72) 5.1.6驱动速度设定 (72 5.1.7输出脉冲数/插补结束点命令……… 血q■自■■■■會■■曾■自■■口■?■■■■■■■■ 72) 5.1.8手动碱速点设定… (7s 5,1.9心设定… 甲■■P會中■■费鲁中甲P■甲中4中 (73 5.1,10逻辑位置计数器设定……………… ●■■■司●如■■L■ψ■▲■看■聊罪■b↓ψ●■■b●ψLd■ 5.1.11实际位置计数器设定………… ………(73) 5.1.12COMP+寄存器设定·…………………44(74) 51.13COMP一寄存器设定 …………(74) 5.1.14加速度计数器进位设定…………………………………………(74 1.15NOP(用作轴均换)… 74) 5.2读取数据命令…… r……………………………(75) 5.2.1读取逻辑位置计数器的值………………………………(75) 5.2.2读取实际拉置计数器的值 晶■■↓■↓暑b罩■■■b↓谭 ■■●·■bp■▲↓ (75) 5,2,3读取当前驱动速度…… ………………………*…(75) 5.2.4读取当前加/减速度 會會4幽·會會自會上血曾4曾t自 (76) 3驱动命令… 〔76} 53.1正方向定长脉冲坐动…… +如即吾古如 76 5.3.2负方向定长脉冲驱动………… 76) 5.3.3正方向连续驱动…………………………(77 53.4鱼方向连续驱动 ↓罪■号马■■■备甲 …L……………(771 5.3.5暂停………… 罪■■。■■昌』■■自■■■ ……………………………(77〕 53.6暂停禁止和开始运行清除停止状态 自鲁 〔78 5.3,7减速全停止 ■■■■■■T冒■口冒P『曾■甲口■P 78 5.3.8快速停止(即停 唱中晋■鲁血中曾·■甲■鲁會中■■ 血·會血■■P ……………(/8) 4插补命令… …………………………"……,………(78 5.4.12轴直线插补………… 冒■山如■h山b■■血■命● (79) 4 MC:314运动控制芯片与数控系统设计 4.23轴直线插补…………………………………………1(79) .4.3顺时针罔弧桶补… ·中■司▲■聊■上【晶 ………"4…………….(79 5.4.4逆时针圆弧插补 (79 5.4.52轴离散点(BP插补 T■■■■■會■ (§0) 〔.4.63轴离散点(I)插补 5.4.7启动BP寄存器……………………………………………(80) 5.4.8禁止BP寄存器 …(81) 5.4.9把数据从BP寄存器乐入BP堆栈……4.481) 4.10清除RP数据 5.4.11单步插补…… 中;4會P會鲁 (8] .4.12允许减速模式 …………………………………(81) 4.13繁止减速摸式…………………………………………………………………(82) 4.J4清除插补中断…… ………………(32) 第章硬件接口设计剑程 6.1MX314与 PC ISA BUS的接口设计 (83 6,1.1ISsA总线信号描述及其功能模块接 84 6,1,2输人/输出口基地址设置和读写寄存器…………………………………(85) 6.1.3输人/输出接日…,……… (88) 6.1.4PC-ISA中断设置……(90 6.1.5输人/输出信号的时序 配"4…(90) 6.2MX314与PC一 PCI BUS的接口设计…… 93 6,2.1PC- IC BUS概述 ■■ ………………………(93 6,2,2基」PI总线的接口电路设计与编程…… 〔95 6.3MCX314与MCS51CPU的接口设计 101) 6.4MCX314与Z80CPU的接口设计 (103) 6.5MX314与68000C卫U的接口设计 "B…(104) 66信号驱动接口…… --….(105) 6.7驱动脉冲输出类型与接… ■◆44d卜}昏中甲 (105) 输出脉冲定义(1、nP|N、nP-P、nP-N〕 血■自中會音白會■會t會◆ 105) 6.7.2伺服动器的通用输人( DINPOS、 ALaRM)…………………(106) 6.7.3外部脉冲控制输入( nEXON+、 nEXOF-)… (106) 6.8与限位开关或者传感器通用信号接口 L噜自@t·聊聊聊聊■■■章■音■■■督■唱曾曾鲁■■冒自甲自平鲁自智自自 07) 6.8.1通用输出(nOUT7~nOUT4) …*(107 68.2超程限位开关输入〔nIMT+、nIMT-)… ■會音自章P鲁十鲁會鲁■ (108) 6.8.3减速停止/立即停止开关入(nNi、nIN2、nIN3)…………(108) 6.8.4急停输入(EMG (108 6.9编码器信号的接口 qqp平要甲日血·■口■日··甲“『·申即·b自血自_音 +(109 H 录 第7章软件接口设计例程 C语言接口没计 冒1 (110 7.1.1初始化设置函数…… ■■自自■自q一■■■■鱼■■■■■ 會會· 4(110) .].2M/减速规律设置网数 126〕 1.3直线捶补驱动函数 b■■■晶■备■曾■■■■P即噜會早中号· ………"………………*(137 7.1.4圆弧插补驱动函数 ■曾p鲁中早■■幽■■日■·甲自·自自■即·聊4 〔143) 7.1.5位插补驱动函数……………………"…""""………(146) 7,1,6反馈位置信号的输人函数 4:157) .7输人信号的输入函数… 159) 7.].8输出信号的墨动函数 ■备■■■■P啁◆中甲上■··日■口■日···导自·自●■●·●· 7.1.9中断信号驱动函数 ■■勤■晕■P自P會 ………………………(l63 7.2MCS51(HU的汇编语言接口设计…… 啁即■自自■也●●非4·聊孴■會■幽■■會■■了 *…(l64) 7.2,1功能实现方式………… 罪备■■■■■晋■昏■■■警中 165〕 7.2,2MCS51与MCX314接凵函数例程…………………r…………(69 第8章基于MCX314的数控系统设计 8.1TR008数系统的主要功能织与结构 -■凸郾■聊■▲■■山■■■■■■『■Tqd晋4平 176 8.8TR008数控系统硬件设计…… ■■p中血●國1罩命p會■■■■■ 〔178) 8.3TR00g数控系统软件设计← 179 8,3.1软件基础 t…………·t"*……(179 8.3,2直线插补… ………(179 8.3,3圆弧插补… ·■·凸↓b●■ ………"……………………:(183) 8.3.4螺纹插补… 185 8.3.5位模式插衤……… (186〕 8.3.6輸入/输出 (188 3.3.7其他功能 ■自也D● L89 附录 附录1MCX314的Ⅵ51平台仿真开发套件… s(190〕 附录2MCX314的PC平台仿具开发套件 〓"s●咱卓p道聊v■▲■■■■■r霅血霅讪◆◆■+卜++T 191〕 参考文獻 第1章概述 MCⅪ314是-个用于实现4轴运动控制的集成路。通过这个集成电路可以控制由步进 电机驱动器或由脉冲型何服电枳驱动的4轴的位置、速度和插补。MCX314的所有功能都是 臼特定的寄存器控制的,例如命令寄存器数据奇存器状态寄存器和配置寄存器等。下面介 绍这个运动控制集成电路的功能 1.1MCX314功能分析 图11是MCX314的功触方框图。它由相同功能的X.Y、Z和L轴的控制部分和插补 计数部分组成。图1-2是每个轴控制部分的功能结构方框图 [对 指令{数据 xP+ A 解/理 直线插扑让算槭块 模块 2轴/3轴 LAYP. 4 阅弧插补模块 脉冲 插补控块 轴 +叫隔离 A一 位模式捕补模块 A 减P 2柚乃轴 主轴脉冲 轴控制模块 中断信号 X轴 住釉脉冲 轴制模块 轴 断信号 轴欧 Z轴控制模块 轴 仲断估号 軸尿冲 U控制棋块 断信号 IO 中断信号发生 图1-1MX314功能框图 1,4轴控制 4轴控制中的4个轴都有着相同的功能能力,并且允许至多3轴联动,对于恒速驱动线 性或S曲线驱动都有着相同的操作方法 MCX314运动控制芯片与数控系统设计 到插补模块 主轴脉冲 圳减速发生器 指令数椐←|指令执行模块 加减速发生器 外部信号 作 EXPP 外部信 块 速度发生器 EXPT 鑠作模块 外部信号 脉冲发牛器 P 波形转换一PLS PMDIR 逻哲位置 计数器32位} 屮断 中断信号 生际位置计效器 EC-A 发器 EC-B LMTP 比较安存器 CONP 输入信号 I NPOS ALARM 处和模块 比较寄存器 IN3~0 COMP 通用输山 OUT3-0 OUT3 -0 通用输出 0LT7-4 OUTTo 注:EMGN急停)适用所有轴 图12MCX31套轴控制结构方框图 2.脉冲输出 MCX314不仅可以输出固定的脉冲数,也可以连续不断地输出脉冲。输出脉冲的模式有 两种:一种是脉冲!方向电平模式,另一种是正向脉冲/负向脉冲模式 3.恒速控制 恒速控制功能允许在不同的插补轴进行改换时傑挎运动速度不变。在插补驱动中, MCX314可以将2轴同步脉冲输出设置为1.44倍脉冲周期,ⅷ将3轴同步脉冲输出设置为 1,732倍脉冲周期 4.速度控制 MCX3]A可以以较小的误差合成在其顾率范围内的任何频率。每根单独的轴还可以被独 立的预置为S曲线或梯形加/减速。使用S曲线邡/减速命令可以使输出脉冲按抛物线规律 进行加/减速。除此之外,MCX314还有一套特殊的方法用来防止当使月S曲线命令时产生 三角形曲线情况的发生。对于恒速驱动梯形S出线加/碱速驱动输出脉冲的频率范围从 1H到4MHz;而输出脉冲频率的精度(在时钟频率为16MHz时)小于士0.1%。驱动脉冲 第章概述 输出的速度可以在不运行的时候白由改变 5.位置控制 每个轴都有1个32位的逻辑位置计数器和1个32位的实际位置计数器。逻辑位置计数 器记录输出的位置脉冲,而实际位置计数器则记录从外部编码器或者线性比例尺输人的反馈 脉冲 6.比校寄存器和件張位 每个轴都有2个32位较寄存器,1个为逻辑位置计数器,另外1个为实际位置计数器。 比较结粜可从状态寄冇器读出也叫逍过中断掖出。这些寄存器也叫以被用来实现软件限位。 7.直线插补 运用MX314的直线插补,任意选择2轴或3轴都可以实现线性运动。运动位置边界 的坐标界于-8388608~+838860?之闻,同时线性误差为士.5最小插补单位。补频率 范为1Fz~4MHz 8.圆孤插补 任意选择2轴都能实现圆弧插补。其边界坐标界于一8386608+8388607之间,时 圆弧获差为±1.0最小插补位。插补频率范围为1Hz~4MHz 9.位模式插补 对任意择的2轴或3轴,M(X314可以实现位模式插补。这种插补的数据由上位机进 行计算。上位机将插补结果写人MCX314,然后,MCX314在预置的驱动速度下连续输出插补 脉冲。这样,通过使用这种模式,MCX314可以实现对各种形状的曲线进行插补、 10.连续插补 MCX3]4允许不同的插补方式迕续使用,例如直线插补→圆弧插补→直线插补………不间 断的连续插补时允许的最人插补速度为2MPFS 11.单步插补 MCX314还可以在单步插补情况下输出脉冲,即当所有参数设定完成之后,一旦上位机写 入1次单步指令,或者外部输人1个下降沿信号,MCX314将输出1个脉冲 12.中断信号 中断信号可以由几种不同的情况产生,例如:恒速的开始/结束、移动的转束以及由比较寄 存器触发等等。在插补运动过程中也可以产生中断信号。 13.由外部信号驱动 每个轴的脉冲输出也可以是外部信号驱动的。选择定长脉冲驱动或是连续脉冲驱动由外 部管脚控制。这↑功能可用于低速运行或是示教,以碱轻￠PU的负载。 1÷,输入/输出信号 除急停信号、硬件限位信号以外,每个轴都有4个输入信号来实现减速和制动。这些输入 信号可以在机械原点附近以及在回零过程中对網码器害信号执行高速查询。每个轴另有8个 通用输出点 15.伺服电机反馈信号 每一个轴都包括输人迕接管脚。这些管脚用来接收在闭环位置控制中所需要的两相编码 信号、伺服报警信号以及到位信号 MX314动控制芯片与数控系统设计 16.实时蓝控 在驱动操作的任何一个状态,命令指定的位置、实际位置、驱动速度、加/减速等状态可 以被读出 i7.可用8位或」6位数据总线 MCX314可以与8位或16位CPU相连。使用不同的设置,进行8伉或16位数据操作 1.2MCX314工作方式分析 与MCX314的数据交换,主要通过以WR开头的8个号奇存器和以RR开头的8个读寄 存器,其中数字相同的寄存器有相同的映射地址。 1.命令寄存器WR0 MCX314中各轴的这个寄存器主要用来设定命令,包括用于轴设定、命令宇以及复位命令 的各位。在向此寄存器写人轴设定字和命令字片,它将立即扒行。某些命令在写入WR之 前,应先写人WR6和wR7。 2.模式寄存器wR1 4轴都有各自的状态寄存器1。哪个寄存器被写,取决于由NOP指令的指定或写前的情 况。WR可以控制输人信号与中断倍号的使能,并用于设定戒速状态和比较结昊寄台器。 3.模式寄存器WR2 WR2被用于设定外部限位开关输人、反馈计数器脉冲类型以及何服驱动的反馈信号。 4.模式寄存器WR3 4根轴都有各自的WR3。哪个状态寄存器这可被读,同样取决于已被指定的轴或用NOP 指令指定的轴。WR3可用于操作于动减速、单独减逑、S出线加/减速、外部操作模式设定和 通用输出的设定。 5,输出寄存器WR4 该寄存器用于设定各轴的通用输出信号。 插补模式寄有器WR5 该奇存器被用于指定插补轴,包括直线定速模式、单步衝补输出模式和中断诗求 7.数据寄存器WRS/WR7 数据寄存器WR6;WR7在操作与数据相关的命令时使用。在将命令字写人WR0之前, 应先将数据写入WR6和WR?:WR6用来存放数据的低字,WR?用来存放数据的高字。 8.主状态寄存器RR0 该寄存器用来显示各轴驱动与错误的状态。此外,它还显示了补、连续插补的就绪信 号、圆弧插补的象限和BP插补的栈计数。 9.状态寄存器RR1 每个轴都自状态寄存器RR1。哪个状态寄存器被读取决定于写人MCX314的命令。它 主要显示各轴的运动状态和限位信号状态。 10.状态寄存器RR2 同RR1,4根轴中每根轴都有自已的状态寄存器2。它主要鼠示各轴出错的原因 笫1章概述 1.状态寄存器RR3 同RR1和RR2,4根轴中的每根轴都有自己的状态寄存器3。它主要显示中断的来源。 12,输人寄存器KR4/RR5 RR4和RR5为通用输人寄存器 13.数据寄存器RR6/RR7 RR6和RR7是数据寄存器并对应于相应的数据读取命令。RR6存放低字,RR7存放 高字。 特殊地,在使用位模式插补的时候,WR2、WR3、WRA、WR5、WR6、WR以及RR2、R配3、 RR4、RR5、RR6、RR7将作为专用丁位模式插补的数据寄存器,不再实现原来的功能 1.3MCX314芯片管脚定义 图1…3是MX314的管脚定义,芯片]44脚,QFP封装,尺寸:30.9mm×30.9mm。每 管脚信号定义如表11所列 衰I-1MCX314誓脚功能定叉 管脚 幅人:输出 仁弓说明 Clock:MCX14内部同步的时钟信,默认颗率为16MI玩.驱 E:1.R 输人动的减谜和S曲线的加速依粳于它。当翰入的频率不是 16M日时,没定的速度值秈加/减速值将有所不同 DATA BUS:16位双向态数据总线。当C5N和RDN为低电 8 DIEr-rK A輪入/輪出」平时,其爪作输人;否则輪人为高阻。如果用8位数据总 1017 线,D15-8不能使用,且应经大电阻(约100k接丁 凸2A0 点 ddress;被主CPL用来寻址MX314的寄仔器。当使用8位 P1~24 A输人 数据总线时,A3应被使用 CsN A输∧ Chip sccct.选信号。为读/写此片,cSN应胃低电平 WRN A轴人 Rile5:rler为写该片,WRN应置低电平。当WRN为低 ZE CSN和A3-40有效数据将在WRN的上升沿锁人MCX314 Read strobe;为读该片,RD、应置于低电平。当CSN被肾于 EDN A输人 低在读周期内RDN应罾干低电平。所读数据地址由A9~昱3 决定 Reset:复位MX314。将 RESETN置于低电平超过4个时钟周 RESETNI A输人朝会复位MCx314:注意:如果没有时钟信号,将 RESETN置于 低电平也将复位MCX314) Externa: Pulse;将输入脉冲设为外邮单振插补的脉冲。殷默 FXPISN A输人认为高电平,置为低电平则将锲各翱进行单脉冲插补 EXPLSN的低电平必须保持4个叶钟周期以上 Hgh=16位,[aW=8位:数据总能霓度选择。高电平表示用 A输入位数据线度取6位数据。饭电平衣示用D7~DO来进行8位的 据读!写 【实例截图】
【核心代码】