[發(fā)明專利]基于單片機的四軸運動控制卡

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810037107.8
• 申請日: 2008-05-08
• 公開（公告）號: CN101266482A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡俊;羅磊;劉放;邱明勇
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414
• 代理公司: 上海交達專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的運動控制卡，具體是一種基于單片機的四軸運動控制卡。

背景技術(shù)

在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域中，運動控制卡是實現(xiàn)運動控制技術(shù)的核心部件，它將預(yù)定的控制方案、規(guī)劃指令轉(zhuǎn)變?yōu)槠谕臋C械運動、實現(xiàn)對被控目標(biāo)精度的位置控制、速度控制、加速度控制、轉(zhuǎn)矩或力的控制等。運動控制卡和工業(yè)PC以及伺服驅(qū)動器一起構(gòu)成完整的運動控制單元。

單片機又稱為單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。目前單片機廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域、如機器人、智能儀表等。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國申請?zhí)枮?00410017112.4，公開號為CN?1564095A的專利“基于RS-232串行總線的多軸運動控制卡”給出了一種由控制單元、開關(guān)量輸入單元和信號輸出單元組成的運動控制卡。該發(fā)明是以89C52單片機(一種Atmel公司的改進型51單片機)為控制核心，采用可擦除可編程只讀存儲器作為存儲器，采用RS-232串行總線方式通訊的一種運動控制卡。但該發(fā)明存在一些缺點：89C52單片機是八位單片機，運算速度慢，總線地址少、功能少，控制速度和精度有限，且非片上系統(tǒng)的單片機，只能采用仿真器方式進行調(diào)試；可擦除可編程只讀存儲器編程需要專用設(shè)備，使用不便；RS232通訊數(shù)據(jù)傳輸效率不高，傳輸距離有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于單片機的四軸運動控制卡，使其以高速混合信號處理單片機為核心，采用CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)芯片技術(shù)進行硬件譯碼，由計數(shù)器芯片發(fā)送脈沖實現(xiàn)位置控制。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括：單片機單元、CPLD單元、PC104(一種嵌入式總線規(guī)范)通訊單元、脈沖發(fā)生單元、輸入輸出接口單元、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SOC(片上系統(tǒng))功能的高速混合信號處理單片機，單片機單元內(nèi)部包括Flash存儲器以及數(shù)據(jù)存儲器，分別負責(zé)儲存系統(tǒng)程序以及程序運行數(shù)據(jù)，單片機單元通過CPLD單元和擴展外部存儲器單元進行數(shù)據(jù)交互，單片機單元將運動控制數(shù)據(jù)傳輸進入CPLD單元，同時也將控制信息傳入CPLD單元，單片機將輸入輸出接口單元輸入的外部模擬量輸入信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號，也能將自身內(nèi)部的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為模擬量信號，模擬量信號再由輸入輸出接口單元傳輸給伺服驅(qū)動器及外部電路，單片機單元的部分端口直接作為數(shù)字量IO(輸入輸出)端口，與輸入輸出接口單元進行數(shù)據(jù)傳輸；

CPLD單元根據(jù)其內(nèi)部的邏輯運算功能按照單片機單元的控制信息將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌U展外部存儲器單元、PC104通訊單元、脈沖發(fā)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(fā)生器信號，預(yù)處理后再傳遞給單片機單元；CPLD單元外圍接口多、擴展硬件資源，CPLD單元和單片機單元共同構(gòu)成了整個運動控制卡的核心部分；

PC104通訊單元實現(xiàn)上位機和單片機單元的數(shù)據(jù)交互，上位機數(shù)據(jù)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(fā)生單元的數(shù)據(jù)由CPLD單元傳輸進入，輸入脈沖發(fā)生單元的初始脈沖由單片機單元提供，脈沖發(fā)生單元通過對輸入的初始脈沖分頻生成一個頻率、脈寬可控的脈沖，通過輸入輸出接口單元分別對四個軸的伺服驅(qū)動器實現(xiàn)精確控制；

輸入輸出接口單元負責(zé)脈沖發(fā)生單元、單片機中的IO端口、CPLD單元等部件和外部電路以及伺服驅(qū)動器的數(shù)據(jù)交互，將單片機IO端口的輸出信號、脈沖發(fā)生單元輸出信號進行放大后輸出給伺服驅(qū)動器以及外部電路；同時外部電路的數(shù)字量信號經(jīng)由通過輸入輸出接口單元處理后進入單片機IO端口，外部模擬量輸入信號經(jīng)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(fā)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(zé)存儲系統(tǒng)工作時的數(shù)據(jù)，單片機單元片內(nèi)存儲器數(shù)據(jù)存儲量小，部分數(shù)據(jù)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。

所述輸入輸出接口單元，其輸入輸出的數(shù)字量信號通過一個數(shù)字量IO擴展單元，數(shù)字量IO擴展單元負責(zé)擴展輸入輸出的數(shù)字量信號，將通過輸入輸出接口單元輸入數(shù)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(shù)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。