基于MCU的運(yùn)動控制板卡的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,開放式數(shù)控系統(tǒng)已成為一個重要的發(fā)展方向。作為開放式數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分,運(yùn)動控制卡的研究和開發(fā)也日漸受到重視。從發(fā)展趨勢來看，基于PC總線的，以MCU和FPGA作為核心處理器的開放式運(yùn)動控制器正成為主流。這類開放式運(yùn)動控制器以 MCU或FPGA芯片作為運(yùn)動控制器的核心處理器，以PC作為信息處理平臺，運(yùn)動控制器以插卡形式嵌入PC機(jī)，也就是采用“ PC+運(yùn)動控制器”的模式，這樣的模式將P

2、C機(jī)的信息處理能力和開放式的特點(diǎn)與運(yùn)動控制器的運(yùn)動軌跡控制能力有機(jī)地結(jié)合在一起，具有信息處理能力強(qiáng)、開放程度高、運(yùn)動軌跡控制準(zhǔn)確、通用性好的特點(diǎn)。因此,本文正是基于這樣的背景，通過對運(yùn)動控制技術(shù)的深入研究,開發(fā)了一款基于PCI總線的以MCU為主控單元的運(yùn)動控制卡。
　　 本論文完成的主要工作有以下幾點(diǎn):
　　 (1) 在分析和借鑒國內(nèi)外商用運(yùn)動控制卡的基礎(chǔ)上,提出了運(yùn)動控制卡的PC+NC總體架構(gòu)，并按照結(jié)構(gòu)化和模塊化的設(shè)

3、計方法,確定了系統(tǒng)的各子模塊組成，包括上位機(jī)、運(yùn)動控制卡、外部總線、交流伺服電機(jī)、I/O模塊等，以及各個子模塊的功能。
　　 (2) 結(jié)合當(dāng)下電機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)化的趨勢，以RTEX總線為基礎(chǔ)，依托新型的網(wǎng)絡(luò)式的伺服電機(jī)松下A4N，設(shè)計全新的運(yùn)動控制體系結(jié)構(gòu)，大大提高了通訊速度，降低了連線的復(fù)雜度。
　　 (3) 結(jié)合系統(tǒng)架構(gòu)和運(yùn)動控制本身的特點(diǎn)，選擇滿足功能要求的MCU、PCI總線通訊芯片、雙端口MEMORY、RTEX總線芯片

4、、串行芯片等主要元器件。并由此設(shè)計運(yùn)動控制卡的電路，包括雙端口RAM的仲裁處理和串口的通道選擇等。
　　 (4) 以中斷和定時器為基礎(chǔ)，構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)的軟件架構(gòu)，包括主控模塊、中斷處理模塊和算法及功能模塊。
　　 (5) 根據(jù)運(yùn)動控制卡的應(yīng)用場合，設(shè)計點(diǎn)位控制、多軸直線插補(bǔ)、多軸圓弧插補(bǔ)、原點(diǎn)復(fù)歸、點(diǎn)動控制等功能。并采用S形加減速控制算法，提高運(yùn)動控制卡的柔性加工能力。
　　 (6) 開發(fā)相應(yīng)的測試界面，以此來驗

5、證系統(tǒng)的功能和算法的正確性。
　　 本文研究工作的意義在于：
　　 (1) 結(jié)合運(yùn)動控制技術(shù)的發(fā)展趨勢，采用開放式數(shù)控的架構(gòu)，使系統(tǒng)的功能升級更便捷，擴(kuò)展性、維護(hù)性也得到了很好的提高。
　　 (2) 采用RTEX 網(wǎng)絡(luò)總線的方式，解決了傳統(tǒng)脈沖控制方式中接線復(fù)雜、易受干擾、脈沖頻率限制的問題。使運(yùn)動控制可以速度更高，定位更精確。
　　 (3) 采用高性能的MCU芯片，結(jié)合實時插補(bǔ)算法和柔性加減速算法，使得