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基于MCX314芯片实现4轴数控系统的软硬件设计

小序

今朝,运动节制主要经由过程单片机或者谋略机实现,这种措施的软、硬件研制周期长,严重影响系统的机能和靠得住性。本文先容的数控系统采纳的是硬件插补,缩短了软件设计周期。别的,原有的插补是根据给定的数学函数,在抱负的轨迹或轮廓上的已知点之间确定中心点的一种措施,很难获得繁杂的曲线方程,而MCX314中的位模式插补功能就能很好地办理这个问题。本文先容的算法可以将繁杂曲线用一种特殊款式的文件来表示,用位模式实现插补驱动。

图1为基于MCX314芯片的4轴数控系统的硬件平台,系统的软件平台建立在它之上。此硬件平台经由过程ISA总线接口实现对4个轴运动的节制,可供给4通道全数字伺服接口和1通道12位的模拟输出(用于主轴节制), 此中每个轴都可以自力设定位置或者节制速率,别的还供给了64输入/48输出光电隔离接口。它的轴节制器包括脉冲输出接口、编码器输入接口和外部旌旗灯号输入接口。脉冲输出接口直接与步进或数字伺服电机连接,节制电机运动;编码器输入接口接管来自电机上编码器的反馈数据,实现闭环节制。

应用MCX314的运动节制平台的上风

基于MCX314芯片的运动节制平台是一款全数字平台,由于它完全有别于曩昔的数控系统,曩昔的数控系统采纳的是模拟旌旗灯号输出,在系统内部,CPU以数字形式对旌旗灯号进行处置惩罚,然后经由过程D/A转换输出模拟旌旗灯号节制伺服电机运动,由输出的模拟旌旗灯号的电平上下来节制电机迁移转变的快慢。它采纳的是脉冲形式输出,在全部处置惩罚与输出的历程中都采纳数字旌旗灯号,由输出脉冲的频率来节制电机迁移转变的快慢,由输出脉冲的若干来节制电机迁移转变若干。如图1所示,4轴节制器与电机之间互换的是数字旌旗灯号,脉冲输出和编码器反馈都是上下电平形式,应用数字旌旗灯号大年夜大年夜前进了系统的抗滋扰性。

平台具有这样的上风是与MCX314芯片的特征分不开的。MCX314四轴运动节制芯片是基于DSP的运动节制专用芯片,接口简单、编程方便,在数控机床、雕刻机、工业机械人等领域获得广泛利用,并正在向新的利用领域拓展。MCX314芯片能与8位或者16位总线接口,经由过程敕令、数据和状态等寄存器实现4轴3联动,实现位置、速率、加速率的运动节制和实时监控,该芯片具有3种模式插补功能,输出脉冲频率最高可达4MHz。每轴都有伺服反馈输入端、4个输入点和8个输出点、能自力地设置为恒速、线性或者S曲线加/减速节制要领,并有2个32位的逻辑、实际位置计数器和状态对照寄存器,实现位置的闭环节制。

平台有两项功能是最能表现它的机动性和易操作性的,即它的硬件插补功能和位模式插补功能。所谓硬件插补,即不用编写繁杂的插补法度榜样,只必要设定一些参数和发出差补敕令即可完成插补义务。

硬件插补功能

在硬件插补傍边,不用斟酌插补算法,只要给出参数以及插补敕令,全部历程就能由芯片自动节制,不必要软件的任何干预。图2是硬件插补的利用流程。

本系统可以在4个轴中随意率性遴选出2个或者3个轴进行 直线插补、圆弧插补和位模式插补驱动,以是在进行插补驱动前应指定插补轴。

位模式插补功能

位模式插补是把CPU谋略的插补数据以数据包的要领接管后,以指定的驱动速率继续输出插补脉冲。简单地说,位模式插补便是根据+/-偏向驱动脉冲的上下电平状态来进行插补,每一位对应一个脉冲,随即驱动马达迁移转变一步,假如马达迁移转变一圈必要2048个脉冲,那么一个脉冲可使马达迁移转变1/2048周。使用位模式差补要领可以加工出随意率性繁杂外形的曲线。

图3为位模式插补的全部流程图,直不雅地先容了位模式插补的全部历程,包括各个寄存器应用的机会,各类敕令若何搭配应用来完成位模式插补的全历程。

算法实现

本文先容的这个算法是将插补数据以一种特殊的款式放入一个文件中,算法根据数据的款式读取插补数据,进行插补驱动,插补驱动的历程如图3所示,在后面的流程中不作详解。插补数据根据二维/三维曲线的详细外形而形成。

1. 举例构建位模式插补数据布局文件如下:

Bitpattern.bp(文件名)文件数据如下:

BITPATTERN

AXIS 3 ——插补轴的指定

B ——数据有效,可以读取

0000 2bff ffd4 0000① ——插补数据

B

f6fe 0000 000f 3fc0

B

1fdb 0000 00ff fc00

B

4000 7ff5 0000 0aff

E ——后面无数据,文件停止

2. 位模式插补数据布局文件的款式先容:

?BITPATTERN:表示此文件的款式为位模式数据文件。

?AXIS:表示插补轴。

?3:十六进制数(二进制0011),表示插补轴的设定,同时表示2轴位模式插补,第一轴X和第二轴Y,整个参数设定拜见表1。

当法度榜样从位模式数据文件中读到此数值时,则根据表1中的规定履行响应的函数子法度榜样。

B:表示下面有一行有效的位模式插补数据,可以读取。

E:表示下面无数据,位模式插补数据停止,位模式数据文件停止。

此中的每行数据为十六进制数,表示插补数据,以①为例,“0000 2bff ffd4 0000”表示的分手是AX1轴正、负偏向,AX2轴正、负偏向的低16位数据。

结语

本文先容的系统采纳数字脉冲接口,处置惩罚的是数字旌旗灯号,这在很大年夜程度上前进了系统的抗滋扰能力和靠得住性,而且采纳的是硬件插补要领,系统机能前进了,闭环处置惩罚的速率加快了,从而大年夜大年夜低落了数控软件的编写难度,缩短了开拓周期。位模式插补要领办理了繁杂曲线用公式难以描述的问题,文中先容的算法奇妙地将繁杂曲线转换成一种款式文件,充分发挥出位模式插补的上风。

责任编辑:gt

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