基于C与MCX运动控制芯片的数控系统的

基于PC104与MCX314运动控制芯片的数控系统的研究指导老师：皮佑国学生：梁伟林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1956年－1974年，专用硬件NC时代1975年－1989年，专用计算机数控时代1996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加工控制的高速化、高精度化智能化、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单片机系统ARM+FPGA系统PC机和专业运动控制卡7.运动控制卡常见解决方案基于大规模集成电路，如8253,8254；基于单片机，如8031，8098；基于数字信号处理器(DSP)型；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。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。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；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；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MCX314的控制。缩短短开开发发周周期期。。软软件件开开发发简简单单、、快快速速，，使使用用运运动动控控制制芯芯片片使使我我们们不不再再需需要要研研发发运运动动控控制制部部分分，，可可以以由由更更少少的的软软件件研研发发人人员员花花更更少少的的时时间间完完成成复复杂杂的的运运动动控控制制编编程程，，能能够够大大大大缩缩短短项项目目的的研研发发时时间间和和工工作作量量。。提高控制性能能。用专业高高性能运动控控制芯片控制制，可使电机机运动更快、、更平稳、更更安静、更精精确。提高系统可靠靠性。成熟的的运动控制芯芯片中各项软软硬件功能均均己相当成熟熟，比用户自自己开发的更更为可靠。同同时采用此芯芯片后，控制制器的硬件器器件大为减少少，软件程序序大为缩短，，均有助提高高可靠性。10.选择择MCX314运动控制制芯片的优点点11.数控控系统功能描描述数控系统的硬硬件部分采用用了主从式双双结构模式。。主CPU为为PC机，从从CPU为运运动控制芯片片。采用PC104+运运动控制芯片片MCX314这种结构构的数控系统统灵活性好、、功能稳定、、可共享计算算机的资源。。以通用微机机为计算平台台，运动控制制器的指令输输入、译码、、运动指令、、粗插补以及及输入输出等等都是由PC机产生。在在系统运动控控制的过程中中，通过PC机实现运动动的粗插补、、实时控制和和管理规划，，由MCX314实现简简单多轴硬件件精插补、伺伺服控制和位位置反馈等功功能。12.PC104与运运动控制芯片片MCX314之间的通通讯及接口数控系统硬件件采用了主从从式双CPU结构模式。。PC机与运运动控制器之之间通过PC/104总总线传递信息息。主要有：：数据总线：D15~D0;地址总线：A2~A1;控制总线：IOR、IOW和RST等。13.运动动控制芯片MCX314与伺服驱动动的通讯及接接口MCX314输出驱动脉脉冲经过差分分驱动后输出出给伺服驱动动；编码器信号、、手轮脉冲信信号及外部反反馈信号经差差分接收器输输入。MCX314与伺服驱动动器的输入与与输出信号I/O辅助控控制输入与输输出信号（1）输出脉脉冲定义：来来自MCX314芯片的的输出脉冲有有两种形式，，一个是正/负脉冲形式式，另一个是是脉冲/方向向形式。（2）编码器器信号接口：：反馈的编码码器信号，将将nECAP，nECAN，nECBP，，nECBN，nINOP，nINON分别连接到到编码器的A，/A，，B，/B，Z，，/Z信号号输出。差动动脉冲反馈在在设置输入脉脉冲模式后有有效。本论文文主要要内容容：1.对对上位位机控控制、、运动动控制制卡及及其行行业现现状进进行调调研，，资料料搜集集和深深入研研究。。2.在在对运运动控控制技技术深深入学学习的的基础础上，，比较较几种种常用用的运运动控控制方方案，，确定定采用用PC104总总线和和运动动控制制芯片片MCX314的设设计方方案，，并规规划系系统的的总体体结构构。3.设设计基基于运运动控控制芯芯片MCX314运运动控控制卡卡的硬硬件电电路。。针对对本系系统的的情况况和需需要设设计外外围电电路。。设计计PC/104与MCX314的的接口口电路路；根根据光光电隔隔离原原理设设计数数字输输入/输出出电路路。4.对对整整个嵌嵌入式式运动动控制制系统统进行行系统统测试试。5.最最后总总结研研制过过程中中的得得失，，并展