MCX314運動控制芯片與數控系統設計

所属分类:硬件與維護  
出版时间:2002-11   出版时间:北京航空航天大學出版社   作者:葉佩青,汪勁松   页数:192  

前言

  隨著微計算機、集成電路、傳感器、功率電子等技術的迅速發展,運動控制技術在工業、辦公和家庭等自動化方面日益得到廣泛應用;控制形式也由以機械提供動力驅動的簡單啟停控制,發展到對其位置、速度、加速度、轉矩等的精確控制;原先的“電機拖動”、“電氣傳動”已經發展到“運動控制”的新階段。  電機伺服驅動系統主要由伺服電機、功率放大器、位置和速度檢測傳感器、控制電路等構成。控制電路產生的弱電信號經過功率放大,驅動伺服電機,並將位置、速度等信號反饋給控制電路實現閉環控制。驅動部分已經由分立器件、單元電路,向專用智能功率驅動模塊發展。運動控制部分目前主要通過單片機或計算機實現控制。這種傳統的實現方法,集成度低,電路復雜,軟、硬件研制周期長,產品一致性差,嚴重影響系統的性能和可靠性。高集成度 MCX314運動控制專用芯片能實現4軸3聯運動的位置、速度、加速度控制和直線、圓弧、位元3種模式的連續插補和位置環閉環控制,其性能優良、接口簡單、編程方便、工作可靠,給運動控制帶來極大方便。  數控機床既是高新技術產業不可缺少的基礎裝備,又是傳統產業更新換代的重要手段,對解決復雜零件的加工制造,提高產品加工效率和質量,增強企業競爭能力意義重大。數控機床是裝備國防、航空、航天等工業的核心,被視為戰略物資和戰備性工業受到高度重視;而包括位置、速度、加速度、軌跡控制在內的運動控制又是數控技術的關鍵,直接決定了工件加工的精度、光潔度和效率。  本書共8章︰第1∼3章介紹了 MCX314芯片的管腳定義、控制功能、電氣和機械等相關技術參數;第4章闡述了命令、狀態、輸入、輸出等控制寄存器的功能和操作;第5章解釋了指令系統,給出了加速度、減速度、速度、輸出脈沖數/插補結束點等數據的設定,介紹了當前邏輯和實際位置、速度、加/減速度等狀態的讀取和直線、圓弧、BP等插補命令的啟動方法;第6∼8章對 MCX314與PC-ISA、PC-PCI、MCS51、68000等的總線和CPU接口及位置控制、通用輸入/輸出、位置反饋等信號的接口進行了詳細設計,利用C和匯編語言設計了相應的軟件驅動函數,並分別設計了TR008型和TR003型機床控制系統,探討了數控系統的功能、結構以及軟件、硬件設計的方法和技巧。  本書內容立足于工程應用,附有大量的電路和軟件例程,並通過測試和試驗,已經用于科研和工程實踐中;同時還基于 MCX314開發了與MCS51 CPU接口的仿真控制實驗卡、與PC ISA總線接口的運動控制實驗卡,可供讀者在解決類似問題時參考和實驗。其中大量工作是與課題組老師、研究生共同完成的,如段廣洪、王立平、張輝、尹文生、鄭浩峻、李鐵民、唐曉強等老師和胡波、趙海軍、趙慎良、王慧等研究生。  日本NOVA電子公司為本書的編寫提供了很多技術資料,北京航空航天大學的何立民教授給本書提出了許多寶貴的意見,在此一並表示誠摯的感謝。  由于編者水平有限,書中錯誤和不妥之處,懇請讀者批評指正。  本書得到國家863先進制造與自動化技術領域,機器人技術主題8634022001AA423260項目的支持。

内容概要

  MCX314是日本NOVA電子有限公司研制的DSP運動控制專用芯片,性能優良、接口簡單、編程方便、工作可靠,可廣泛應用于數控機床、機器人等領域的運動控制。  芯片能與8位或16位數據總線接口,通過命令、數據和狀態等寄存器實現4軸3聯動的位置、速度、加速度等的運動控制和實時監控,實現直線、圓弧、位元3種模式的軌跡插補,輸出脈沖頻率達4 MHz。每軸都有伺服反饋輸入端、4個輸入點和8個輸出點,能獨立地設置為恆速、線性或S曲線加/減速控制方式,並有2個32位的邏輯、實際位置計數器和狀態比較寄存器,實現位置的閉環控制。  《MCX314運動控制芯片與數控系統設計》詳細介紹了 MCX314的控制原理,它與MCS51、PC機ISA、PCI總線等的接口電路,用匯編和C語言實現的控制軟件和相關技術,以及基于它設計的機床數控系統的軟、硬件方法。《MCX314運動控制芯片與數控系統設計》內容詳實,通俗易懂,書中所有電路和軟件例程都通過測試。《MCX314運動控制芯片與數控系統設計》適于從事數控系統和運動控制開發的技術人員閱讀。

书籍目录

第1章 概述1.1 MCX314功能分析(1)1.2 MCX314工作方式分析(4)1.3 MCX314芯片管腳定義(5)第2章  MCX314功能和相關技術參數2.1 脈沖輸出命令(10)2.1.1 定長脈沖輸出驅動(10)2.1.2 連續脈沖驅動輸出(11)2.2 速度曲線(12)2.2.1 恆速驅動(12)2.2.2 線性加/減速驅動(12)2.2.3 S曲線方式加/減驅動(13)2.2.4 脈沖寬度和速度的精度(17)2.3 位置管理(18)2.3.1 邏輯位置計數器和實際位置計數器(19)2.3.2 比較寄存器和軟件極限(software limit)(19)2.4 插補(20)2.4.1 2軸或3軸的直線插補(20)2.4.2 圓弧插補(22)2.4.3 位模式插補(25)2.4.4 恆定線速度(30)2.4.5 連續插補(31)2.4.6 插補的加/減速控制(34)2.4.7 單步插補(36)2.5 中斷(37)2.6 其他功能(39)2.6.1 由外部脈沖進行驅動(39)2.6.2 脈沖輸出類型選擇(40)2.6.3 輸入脈沖的類型選擇(40)2.6.4 硬件限位信號(41)2.6.5 伺服電機驅動器接口(41)2.6.6 緊急停止(41)2.6.7 狀態輸出(41)2.6.8 通用輸出(42)第3章  MCX314芯片電氣和機械特性3.1 直流特性(43)3.2 交流特性(44)3.2.1 時鐘信號(44)3.2.2 讀/寫周期(45)3.2.3 BUSYN信號(46)3.2.4 SCLK/同步輸出信號(46)3.2.5 反饋輸入脈沖(46)3.2.6 通用輸入/輸出信號(47)3.3 輸入信號/輸出信號的同步(48)3.3.1 通電重置(48)3.3.2 定長脈沖或連續驅動(48)3.3.3 插補(49)3.3.4 保持命令後開始驅動(49)3.3.5 急停(立即停止)(49)3.3.6 減速停止(50)3.4 機械特性(50)3.5 性能指標(51)3.5.1 插補功能(51)3.5.2 軸的共同說明(51)3.5.3 編碼器輸入脈沖(52)3.5.4 通用輸出信號(52)第4章 MCX314控制寄存器4.1 16 位數據總線的寄存器地址映射(53)4.2 8 位數據總線的寄存器地址映射(54)4.3 命令寄存器︰WR0(56)4.4 模式寄存器1︰WR1(56)4.5 模式寄存器2︰WR2(57)4.6 模式寄存器3︰WR3(59)4.7 輸出寄存器︰WR4(60)4.8 插補模式寄存器︰WR5(60)4.9 數據寄存器︰WR6/WR7(62)4.10 主狀態寄存器︰RR0(62)4.11 狀態寄存器1︰RR1(63)4.12 狀態寄存器2︰RR2(65)4.13 狀態寄存器3︰RR3(65)4.14 輸入寄存器︰RR4/RR5(66)4.15 數據寄存器︰RR6/RR7(67)第5章  MCX314指令系統解釋與分析5.1 寫數據命令(70)5.1.1 量程設定(70)5.1.2 S曲線加速度變化率設定(70)5.1.3 加速度設定(71)5.1.4 減速度設定(71)5.1.5 初始速度設定(72)5.1.6 驅動速度設定(72)5.1.7 輸出脈沖數/插補結束點命令(72)5.1.8 手動減速點設定(73)5.1.9 圓心設定(73)5.1.10 邏輯位置計數器設定(73)5.1.11 實際位置計數器設定(73)5.1.12 COMP+寄存器設定(74)5.1.13 COMP-寄存器設定(74)5.1.14 加速度計數器進位設定(74)5.1.15 NOP(用作軸切換)(74)5.2 讀取數據命令(75)5.2.1 讀取邏輯位置計數器的值(75)5.22 讀取實際位置計數器的值(75)5.2.3 讀取當前驅動速度(75)5.2.4 讀取當前加/減速度(76)5.3 驅動命令(76)5.3.1 正方向定長脈沖驅動(76)5.3.2 負方向定長脈沖驅動(76)5.3.3 正方向連續驅動(77)5.3.4 負方向連續驅動(77)5.3.5 暫停(77)5.3.6 暫停禁止和開始運行/清除停止狀態(78)5.3.7 減速至停止(78)5.3.8 快速停止(即停)(78)5.4 插補命令(78)5.4.1 2軸直線插補(79)5.4.2 3軸直線插補(79)5.4.3 順時針圓弧插補(79)5.4.4 逆時針圓弧插補(79)5.4.5 2軸離散點(BP)插補(80)5.4.6 3軸離散點(BP)插補(80)5.4.7 啟動BP寄存器(80)5.4.8 禁止BP寄存器(81)5.4.9 把數據從BP寄存器壓入BP堆棧(81)5.4.10 清除BP數據(81)5.4.11 單步插補(81)5.4.12 允許減速模式(81)5.4.11 禁止減速模式(82)5.4.14 清除插補中斷(82)第6章 硬件接口設計例程6.1 MCX314與PC-ISA BUS的接口設計(83)6.1.1 ISA總線信號描述及其功能模塊接口(84)6.1.2 輸入/輸出口基地址設置和讀/寫寄存器(85)6.1.3輸入/輸出接口(88)6.1.4PCISA中斷設置(90)6.1.5輸入/輸出信號的時序(90)6.2 MCX314與PC-PCI BUS的接口設計(93)6.2.1 PCPCI BUS概述(93)6.2.2 基于PCI總線的接口電路設計與編程(95)6.3 MCX314與MCS51 CPU的接口設計(101)6.4 MCX314與Z80 CPU的接口設計(103)6.5 MCX314與68000 CPU的接口設計(104)6.6 信號驅動接口(105)6.7 驅動脈沖輸出類型與接口(105)6.7.1 輸出脈沖定義(nP+P、nP+N、nP-P、nP-N)6.7.2 伺服驅動器的通用輸入(nINPOS、nALARM)6.7.3 外部脈沖控制輸入(nEXOP+、nEXOP-)(106)6.8 與限位開關或者傳感器通用信號接口(107)6.8.1 通用輸出(nOUT7∼nOUT4)(107)6.8.2 超程限位開關輸入(nLMT+、nLMT-)(108)6.8.3 減速停止/立即停止開關輸入(nIN1、nIN2、nIN3)(108)6.8.4 急停輸入(EMG)(108)6.9 編碼器信號的接口(109)第7章 軟件接口設計例程7.1 C語言接口設計(110)7.1.1 初始化設置函數(110)7.1.2 加/減速規律設置函數(126)7.1.3 直線插補驅動函數(137)7.1.4 圓弧插補驅動函數(143)7.1.5 位插補驅動函數(146)7.1.6 反饋位置信號的輸入函數(157)7.1.7 輸入信號的輸入函數(159)7.1.8 輸出信號的驅動函數(160)7.1.9 中斷信號驅動函數(163)7.2 MCS51 CPU的匯編語言接口設計(164)7.2.1 功能實現方式(165)7.2.2 MCS51與 MCX314接口函數例程(169)第8章 基于 MCX314的數控系統設計8.1 TR008數控系統的主要功能組織與結構(176)8.2 TR008數控系統硬件設計(178)8.3 TR008數控系統軟件設計(179)8.3.1 軟件基礎(179)8.3.2 直線插補(179)8.3.3 圓弧插補(183)8.3.4 螺紋插補(185)8.3.5 位模式插補(186)8.3.6 輸入/輸出(188)8.3.7 其他功能(189)附錄附錄1  MCX314的MCS51平台仿真開發套件(190)附錄2  MCX314的PC平台仿真開發套件(191)參考文獻

图书封面




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