[發明專利]基于單片機的四軸運動控制卡

無效

• 申請號: 200810037107.8
• 申請日: 2008-05-08
• 公開（公告）號: CN101266482A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 胡俊;羅磊;劉放;邱明勇
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

1.一種基于單片機的四軸運動控制卡，包括：單片機單元、PC104通訊單元、輸入輸出接口單元，其特征在于，還包括：脈沖發生單元、CPLD單元、擴展外部存儲器單元，其中：

單片機單元為具有16位地址總線的具有片上系統功能的混合信號處理單片機，單片機單元內部包括Flash存儲器以及數據存儲器，分別負責儲存系統程序以及程序運行數據，單片機單元通過CPLD單元和擴展外部存儲器單元進行數據交互，單片機單元將運動控制數據傳輸進入CPLD單元，同時也將控制信息傳入CPLD?單元，單片機單元將輸入輸出接口單元輸入的外部模擬量輸入信號轉化為數字量信號，將自身內部的數字量信號轉換為模擬量信號后再由輸入輸出接口單元傳輸給伺服驅動器及外部電路，單片機單元的部分端口直接作為數字量IO端口，與輸入輸出接口單元進行數據傳輸；

CPLD單元根據其內部的邏輯運算功能按照單片機單元的控制信息將數據傳輸到擴展外部存儲器單元、PC104通訊單元、脈沖發生單元，CPLD單元接收由輸入輸出接口單元輸入的軸編碼信號、手搖脈沖發生器信號，預處理后再傳遞給單片機單元；CPLD單元和單片機單元共同構成了整個運動控制卡的核心部分；

PC104通訊單元實現上位機和單片機單元的數據交互，上位機數據由PC104總線傳輸進入PC104通訊單元，然后再傳輸進入CPLD單元，最后進入單片機單元；

脈沖發生單元由單片機單元提供輸入初始脈沖、由CPLD單元傳輸進入的數據進行控制，輸入脈沖發生單元的初始脈沖由單片機單元提供，脈沖發生單元通過計數器芯片上的計數器對輸入的初始脈沖分頻生成一組頻率、脈寬可控的脈沖并將脈沖通過輸入輸出接口單元分別輸出給四個軸的伺服驅動器，從而實現脈沖發生單元對伺服驅動器的控制；

輸入輸出接口單元負責脈沖發生單元、單片機單元中的IO端口、CPLD單元和外部電路以及伺服驅動器的數據交互，將單片機單元的IO端口的輸出信號、脈沖發生單元輸出信號進行放大后輸出給伺服驅動器以及外部電路，同時，外部電路的數字量信號經由通過輸入輸出接口單元處理后進入單片機單元的IO端口，外部模擬量輸入信號經由輸入輸出接口單元處理后傳輸進入單片機單元，外部軸編碼信號以及手搖脈沖發生器信號通過輸入輸出接口單元處理后傳輸進入CPLD單元，并供單片機單元使用；

擴展外部存儲器單元負責存儲系統工作時的數據，單片機單元片內存儲器數據存儲量小，部分數據通過CPLD單元傳遞進入擴展外部存儲器單元進行存儲，并隨時供單片機單元讀取。

2.根據權利要求1所述的基于單片機的四軸運動控制卡，其特征是，所述輸入輸出接口單元，其輸入輸出的數字量信號通過一個數字量IO擴展單元，數字量IO擴展單元負責擴展輸入輸出的數字量信號，將通過輸入輸出接口單元輸入數字量IO擴展單元的信號鎖存，等待單片機單元讀取；將單片機單元通過CPLD單元傳輸進入數字量IO擴展單元的輸出部分進行鎖存，并傳遞給輸入輸出接口單元再輸出。

3.根據權利要求1所述的基于單片機的四軸運動控制卡，其特征是，所述單片機單元，其數模轉換產生的模擬量信號通過一個DA擴展單元進行運算放大，放大后的輸出信號通過輸入輸出接口單元傳輸給伺服驅動器以及外部電路。

4.根據權利要求1或3所述的基于單片機的四軸運動控制卡，其特征是，所述單片機單元，其接收的外部輸入的模擬量信號，經過一個AD擴展單元的初步處理達到單片機單元AD轉換的要求，再進入單片機單元。

5.根據權利要求1或3所述的基于單片機的四軸運動控制卡，其特征是，所述單片機單元，其通過串口通訊單元實現運動控制卡和PC機的串口通訊。

6.根據權利要求1或3所述的基于單片機的四軸運動控制卡，其特征是，所述單片機單元，其監控、正常工作維持由系統輔助單元完成，系統輔助單元包括復位單元、看門狗單元、JTAG單元、外部時鐘單元以及電源監控單元，其中：

復位單元在看門狗單元監測到發生異常時，控制電源監控單元對單片機單元停止供電，進行復位；

看門狗單元通過和單片機單元之間傳遞信號監測單片機單元是否發生異常的情況；

JTAG單元將單片機單元的信號經由CPLD單元向外部PC提供，信號內容為單片機單元運行時芯片內部數據信息；

外部時鐘單元通過外部振蕩器電路為系統提供輸入時鐘；

電源監控單元將外部供電傳輸給單片機單元。