基于pc104与mcx314运动控制芯片的数控系统的研究PPT课件.ppt

基于基于pc104pc104与与mcx314mcx314运动控制芯片的数控运动控制芯片的数控系统的研究系统的研究1.研究目标 本课题提出一种基于PC104与运动控制芯片的开放式数控系统方案。阐述了该方案的硬件和软件的设计原理,为经济型数控系统提供了实现方法。2.国内外研究现状 v1956年1974年,专用硬件NC时代v1975年1989年,专用计算机数控时代v1996年至今,开始全PC开放式智能化数控新阶段 3.现代数控技术的发展趋势v加工控制的高速化、高精度化 v智能化、开放化、网络化、柔性化和集成化 4.存在的问题:从数控技术的发展趋势看,数控技术在现代制造业中得到了广泛的应用,当前制造技术正在向高速度、高精度、柔性化和智能化方向发展,而传统的数控系统大多采取封闭式设计,故存在系统兼容性差、功能不易扩展、人机界面不灵活等问题,从而难以满足用户的需要。开放式数控系统解决了以上传统封闭式数控存在的问题,正是现代数控系统的发展方向。5.解决问题的思路基于PC104和运动控制芯片MCX314的数控系统 该方案以PC104作为主CPU,采用了MCX314来实现运动控制的功能,使软硬件系统具备更强的模块化,减少了软硬件设计,提高可靠性和性能,并减少了开发周期。为经济型数控系统提供了更新更优的控制方案,解决了传统数控系统兼容性差、功能不易扩展、人机界面不灵活等问题。这将为嵌入式控制系统的研究与开发提供有价值的参考,对开放式数控系统的发展与应用起到一定的推动作用。6.数控系统一般方案比较v单片机系统vARM+FPGA系统vPC机和专业运动控制卡7.运动控制卡常见解决方案v基于大规模集成电路,如8253,8254;v基于单片机,如8031,8098;v基于数字信号处理器(DSP)型;v基于专用运动控制芯片的运动控制器,如MCX314,PMAC.8.MCX314运动控制芯片的功能v运动控制器基于MCX314芯片,MCX314是日本NOVA电子有限公司研制的DSP运动控制专用芯片,性能优良、接口简单、编程方便、工作可靠,可广泛应用于数控机床、机器人等领域的运动控制。v芯片能与8位或16位数据总线接口相连,通过命令、数据和状态等寄存器实现4轴3联动的位置、速度、加速度等参数的运动控制和实时监控,实现直线、圆弧和位元三种模式的轨迹插补,输出脉冲频率达4MHz。v系统每轴都有伺服反馈输入端、4个输入点和8个输出点,能独立设置为恒速、线性或S曲线加/减速控制方式,并具有2个32位的逻辑、实际位置计数器和状态比较寄存器,实现位置的闭环控制。9.MCX314专用运动控制芯片的原因v插补算法、运动控制和位置控制主要由硬件来实现,不需要PC机的干预就能自动完成从起点到终点的插补运动控制,减少了运行过程中与主控制PC机频繁的数据交换,提高系统的运行速度;v芯片上集成有专用于运动控制的I/O接口如硬件限位、急停等,可简化数控系统的硬件设计,提高系统运行的稳定性;v与主控制PC机之间的通讯简单,易于协调,对主控制PC机来说,MCX314更像是一个外围功能芯片,通过设置一定的地址和读写控制字就能实现对MCX 314的控制。v缩短开发周期。软件开发简单、快速,使用运动控制芯片使我们不再需要研发运动控制部分,可以由更少的软件研发人员花更少的时间完成复杂的运动控制编程,能够大大缩短项目的研发时间和工作量。v提高控制性能。用专业高性能运动控制芯片控制,可使电机运动更快、更平稳、更安静、更精确。v提高系统可靠性。成熟的运动控制芯片中各项软硬件功能均己相当成熟,比用户自己开发的更为可靠。同时采用此芯片后,控制器的硬件器件大为减少,软件程序大为缩短,均有助提高可靠性。10.选择MCX314运动控制芯片的优点11.数控系统功能描述 数控系统的硬件部分采用了主从式双结构模式。主CPU为PC机,从CPU为运动控制芯片。采用PC104+运动控制芯片MCX314这种结构的数控系统灵活性好、功能稳定、可共享计算机的资源。以通用微机为计算平台,运动控制器的指令输入、译码、运动指令、粗插补以及输入输出等都是由PC机产生。在系统运动控制的过程中,通过PC机实现运动的粗插补、实时控制和管理规划,由MCX314实现简单多轴硬件精插补、伺服控制和位置反馈等功能。12.PC104与运动控制芯片MCX314之间的通讯及接口 数控系统硬件采用了主从式双CPU结构模式。PC机与运动控制器之间通过PC/104总线传递信息。主要有:v数据总线:D15D0;v地址总线:A2A1;v控制总线:IOR、IOW和RST等。13.运动控制芯片MCX314与伺服驱动的通讯及接口 vMCX314输出驱动脉冲经过差分驱动后输出给伺服驱动;v编码器信号、手轮脉冲信号及外部反馈信号经差分接收器输入。MCX314与伺服驱动器的输入与输出信号I/O辅助控制输入与输出信号(1)输出脉冲定义:来自MCX314芯片的输出脉冲有两种形式,一个是正/负脉冲形式,另一个是脉冲/方向形式。(2)编码器信号接口:反馈的编码器信号,将nECAP,nECAN,nECBP,nECBN,nINOP,nINON分别连接到编码器的A,/A,B,/B,Z,/Z信号输出。差动脉冲反馈在设置输入脉冲模式后有效。本论文主要内容本论文主要内容:1.对上位机控制、运动控制卡及其行业现状进行调研,资料搜集和深入研究。2.在对运动控制技术深入学习的基础上,比较几种常用的运动控制方案,确定采用PC104总线和运动控制芯片MCX314的设计方案,并规划系统的总体结构。3.设计基于运动控制芯片MCX314运动控制卡的硬件电路。针对本系统的情况和需要设计外围电路。设计PC/104与MCX314的接口电路;根据光电隔离原理设计数字输入/输出电路。4.对整个嵌入式运动控制系统进行系统测试。5.最后总结研制过程中的得失,并展望数控的发展趋势。谢谢大家!