[實用新型]多軸步進電機插補控制器及多軸步進電機運動控制卡

有效

• 申請號: 201120280870.0
• 申請日: 2011-08-04
• 公開（公告）號: CN202172382U
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 楊秀增;蔣志年
• 申請（專利權）人: 廣西民族師范學院
• 主分類號: H02P8/00
• 分類號: H02P8/00;H02P8/22
• 代理公司: 北京工信聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11266
• 代理人: 葉萬東

1.多軸步進電機插補控制器，其信號輸入端直接或間接地與上位機相連，其信號輸出端直接或間接地與步進電機功率驅動模塊的步進脈沖輸入端相連；其特征在于：本插補控制器包括有寄存器文件單元和任務邏輯單元；

(1)所述寄存器文件單元，是所述任務邏輯單元與上位機的數據通道，用于寄存上位機發送來的加工數據、控制信號和所述任務邏輯單元發送來的插補控制器運行狀態信號，包括有分頻因子寄存器、各軸坐標寄存器、狀態寄存器、總步進數寄存器、控制寄存器；所述分頻因子寄存器，用于寄存由上位機發來的所述任務邏輯單元可編程分頻器的分頻因子；所述各軸坐標寄存器，分別用于寄存各軸步進電機的運動終點坐標值；所述狀態寄存器，用于寄存表明插補控制器當前所處“閑”或“忙”的運行狀態信號；所述總步進數寄存器，用于寄存各步進電機要走的總步進數總和；所述控制寄存器，用于寄存步進電機的多種控制信息，包括暫停控制信號、啟動信號和各步進電機的轉動方向控制信號；

(2)所述任務邏輯單元，用于實現多軸步進電機的聯動控制和速度控制，包括有可編程分頻器、多軸數字積分器模塊、終點判定模塊和狀態機模塊；

所述可編程分頻器，包括有系統時鐘信號輸入端、分頻因子數據輸入端和分頻信號輸出端；所述分頻因子數據輸入端與所述寄存器文件單元中的分頻因子寄存器的數據輸出端相連，所述分頻信號輸出端與所述多軸數字積分器模塊的工作時鐘輸入端相連；

所述多軸數字積分器模塊，由多個互相獨立的數字積分器組成，每一個運動軸對應一個數字積分器，用于產生各軸步進電機的聯動步進脈沖信號；各數字積分器包括有加法器和余數寄存器：該加法器的兩個數據輸入端分別與所述余數寄存器的數據輸出端和所述寄存器文件單元中對應的軸坐標寄存器的數據輸出端相連；該加法器還具有一個與所述狀態機模塊的步進電機控制使能輸出端(EN)相連的加法運算使能輸入端；本加法器的輸出端與所述余數寄存器的數據輸入端相連；所述各余數寄存器數據輸出端的最高位作為本插補控制器的步進脈沖信號輸出端，直接或通過后級的細分驅動電路與所述步進電機功率驅動模塊的步進脈沖輸入端相連，除此之外，此最高位還作為所述終點判定模塊的計數脈沖，與所述終點判定模塊的步進脈沖信號輸入端相連；該加法器及余數寄存器還具有工作時鐘輸入端(CLK)，該工作時鐘輸入端與所述可編程分頻器的分頻信號輸出端相連；所述余數寄存器還具有清零輸入端(CLR)，該清零輸入端與所述狀態機模塊的清零使能輸出端相連；

所述終點判定模塊，包括有各軸步進脈沖信號輸入端、總步進數據輸入端、讀總步進數據的控制信號輸入端(RD)和差補結束信號輸出端(over)；所述各軸步進脈沖信號輸入端分別與所述多軸數字積分器模塊的對應軸的步進脈沖信號輸出端相連，所述總步進數據輸入端與所述寄存器文件單元中的總步進數寄存器的數據輸出端相連，所述讀總步進數據的控制信號輸入端(RD)與所述狀態機模塊的讀總步進數控制使能輸出端相連，所述差補結束信號輸出端(over)與所述狀態機模塊的差補結束通知信號輸入端相連；

所述狀態機模塊，用于產生各種時序控制信號，協調所述多軸數字積分器和終點判定模塊的工作；本狀態機模塊包括有與所述寄存器文件單元中的控制寄存器輸出端相連的暫停控制信號輸入端(pause)及啟動信號輸入端(start)、與所述終點判定模塊的差補結束信號輸出端(over)相連的差補結束通知信號輸入端、與所述終點判定模塊的讀總步進數據的控制信號輸入端(RD)相連的讀總步進數控制使能輸出端、與所述多軸數字積分器模塊的各加法器加法運算使能輸入端相連的步進電機控制使能輸出端(EN)、與所述多軸數字積分器模塊的各余數寄存器清零輸入端(CLR)相連的寄存器內容清零使能輸出端，及，與所述狀態寄存器相連的、用于表明本插補控制器當前所處“閑”或“忙”狀態的運行狀態信號輸出端(state)；并且，

在本插補控制器沒有啟動前，本狀態機運行在“空閑”狀態(s0)：在此狀態中，狀態機把所述狀態信號輸出端(state)設置輸出含義為“閑”的插補控制器運行狀態信號；

當所述啟動信號輸入端(start)收到所述控制寄存器發來的啟動信號后，本狀態機進入數據初始化狀態(s1)：在此狀態中，狀態機模塊把所述狀態信號輸出端(state)設置輸出含義為“忙”的插補控制器運行狀態信號，除此之外，還產生一個清零信號和一個讀信號：該清零信號通過所述寄存器內容清零使能輸出端輸出，用于對所述數字積分器的各余數寄存器內容進行清零；而該讀信號通過所述讀總步進數控制使能輸出端輸出，用于通知所述終點判定模塊讀取所述總步進數寄存器的值；并進而，

在時鐘控制下，本狀態機無條件地進入步進電機控制狀態(s2)：在此狀態中，本狀態機模塊通過所述步進電機控制使能輸出端(EN)向所述多軸數字積分器模塊發出步進電機控制使能信號，啟動多軸數字積分器模塊開始進行積分運算，產生各軸步進電機脈沖信號；

當所述差補結束通知信號輸入端接收到所述終點判定模塊發來的差補結束通知信號時，本狀態機退出步進電機控制狀態(s2)，再次進入“空閑”狀態(s0)。