1 MCX314控制器簡(jiǎn)介

　　MCX314控制器是一個(gè)能同時(shí)控制4個(gè)脈沖型伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)控制集成電路,它以脈沖串形式輸出,能對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的位置、速度和進(jìn)給進(jìn)行控制,可進(jìn)行4軸3聯(lián)動(dòng),輸出速度范圍為1～4Mpp s,精度低于011%pps,倍率1～500。MCX314的所有功能都是由特定的寄存器控制的,如命令寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器和配置寄存器。

　　1)MCX314控制器由相同功能的X、Y、Z和U軸的控制部分和插補(bǔ)計(jì)數(shù)部分組成

　　2)MCX314控制器的數(shù)據(jù)交換主要通過以WR開頭的8個(gè)寫寄存器和以RR開頭的8個(gè)讀寄存器進(jìn)行的,其中數(shù)字相同的寄存器有相同的映射地址。

　　3)MCX314控制器有定長(zhǎng)脈沖輸出模式和連續(xù)脈沖輸出模式,其由主機(jī)CPU來設(shè)定,改變?cè)O(shè)置狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)線性加/減速,恒速或者是S曲線加/減速變化。

　　4)MCX314控制器的插補(bǔ)方式取決于CPU置寄存器WR的狀態(tài),可實(shí)現(xiàn)2軸或3軸的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)和位模式插補(bǔ)。插補(bǔ)時(shí)的走步計(jì)算、過象限判斷、終點(diǎn)判定、速度變化都是根據(jù)CPU給定數(shù)據(jù)后,MCX314控制器在工作過程中自動(dòng)計(jì)算完成的。

　　5)MCX314控制器有144個(gè)管腳,QEP封裝,電源電壓極限值為- 013～710V,輸入電流可達(dá)到±10mA,正常工作電壓為4175V。芯片輸入高電平可以高達(dá)22V,低電平最高為018V,時(shí)鐘周期最小6215ns,輸出脈沖頻率達(dá)4MHz,輸入/輸出信號(hào)電平為CMOS或TTL。

2　數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　現(xiàn)以經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床系統(tǒng)為例,采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作。電動(dòng)機(jī)控制脈沖由MCX314產(chǎn)生,經(jīng)差分輸出驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生差分輸出信號(hào),可有效克服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的低頻震蕩,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的高精度加工(三個(gè)方向的脈沖當(dāng)量均為01001mm)。

　　1)數(shù)控系統(tǒng)的核心部分是MCX314運(yùn)動(dòng)控制器。它完成了系統(tǒng)的大部分運(yùn)動(dòng)控制功能,其性能直接影響系統(tǒng)的整體性能。當(dāng)MCX314控制器從CPU得到基本數(shù)據(jù)(如直線的起點(diǎn)和終點(diǎn);圓弧的圓心、起點(diǎn)、終點(diǎn),進(jìn)給的速度,刀具參數(shù)等) ,開始工作時(shí)自動(dòng)在輪廓起點(diǎn)和終點(diǎn)之間計(jì)算出若干中間點(diǎn),將工件輪廓描述出來,并為系統(tǒng)提供運(yùn)動(dòng)控制脈沖控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)軌跡,從而實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)和位模式插補(bǔ)等功能。結(jié)合各種插補(bǔ),機(jī)床可以加工任意形狀的零件。主CPU采用單片機(jī)8032,其主要完成鍵盤控制,顯示控制,外圍編程器件PSD913F2控制等功能。

　　MCX314控制器的時(shí)鐘頻率由外部提供,采用默認(rèn)的16MHz,片選信號(hào)和低位地址A0～A3由PSD913F2產(chǎn)生,數(shù)據(jù)線和讀/寫信號(hào)直接受8032單片機(jī)相應(yīng)的數(shù)據(jù)線和讀/寫信號(hào)控制,中斷信號(hào)觸發(fā)8032單片機(jī)的外部中斷端。MCX314控制器、8032單片機(jī)、PSD913F2能提供32個(gè)通用輸入端, 32個(gè)通用輸出端和13個(gè)可編程通用輸入端/通用輸出端。這些端口用于S、M、T等機(jī)床控制的功能和各種反饋輸入信號(hào)。

　　2)單片機(jī)8032發(fā)送命令和數(shù)據(jù),MCX314控制器接受到命令后,輸出相應(yīng)的脈沖串控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作,根據(jù)給定數(shù)據(jù)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。如直線的加/減速, S曲線的加/減速等。由功能指令和起點(diǎn)及終點(diǎn)位置進(jìn)行2軸或3軸的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)和位模式插補(bǔ)。

　　3)MCX314控制器與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的接口電路,采用光電隔離和RC濾波器構(gòu)成。

MCX314控制器的脈沖輸出功能是通過寄存器設(shè)置或通過外部命令來實(shí)現(xiàn)的。有兩個(gè)脈沖輸出模式可用于外部控制管腳:一個(gè)是固定脈沖輸出模式,另一個(gè)是連續(xù)脈沖輸出模式。如在固定脈沖驅(qū)動(dòng)期間,允許輸入信號(hào)指定的脈沖將被輸出。當(dāng)連續(xù)脈沖輸出驅(qū)動(dòng)被激活時(shí),驅(qū)動(dòng)脈沖將在低信號(hào)內(nèi)連續(xù)輸出。

　　輸出脈沖有兩種形式:一種是正、負(fù)脈沖形式,另一種是脈沖方向形式。輸出脈沖定義: np + P、np +N、np -P、np - N。脈沖輸出形式的缺省設(shè)置是正、負(fù)形式,使用時(shí)可通過寫特定的命令寄存器使輸出模式變成脈沖方向形式。

　　4)位置控制與軟件限位。在MCX314芯片內(nèi),每軸都有一個(gè)邏輯位置計(jì)數(shù)器,一個(gè)實(shí)際位置計(jì)數(shù)器,兩個(gè)32位的比較寄存器(CMP +和CMP - )。在本系統(tǒng)中,分別把CMP +、CMP - 的值設(shè)置成邏輯計(jì)數(shù)器某個(gè)范圍的上限和下限,當(dāng)邏輯計(jì)數(shù)器的值超此范圍時(shí),引起中斷響應(yīng),停止進(jìn)給,達(dá)到軟件限位的目的。硬件采用光電隔離器和RC濾波器,信號(hào)加至MCX314的nLMTP端作為超程限位來保護(hù)系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　1)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制和輸入/輸出的功能對(duì)MCX314的依賴性較強(qiáng),圍繞MCX314的初始化、速度控制、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、輸入/輸出和中斷信號(hào)處理等詳細(xì)的函數(shù)描寫是在Windows的環(huán)境下用C語言寫成的?，F(xiàn)以MCX314初始化函數(shù)為例。

　　2)具體的實(shí)時(shí)控制程序和數(shù)據(jù)處理過程描述采用匯編語言。G00、G01、G02 (G03)、插補(bǔ)功能、位置控制、螺紋插補(bǔ)、加/減速處理模塊等功能主要基于MCX314芯片來完成。由于采用了MCX314,大部分與運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)的軟件模塊都得以簡(jiǎn)化。如圓弧插補(bǔ)功能實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)根據(jù)指令的位置和速度,只要向MCX314相應(yīng)的控制模塊中將預(yù)定的控制命令和參數(shù)寫入寄存器即可,非常簡(jiǎn)單和方便。

4　結(jié)語

　　采用MCX314控制器的數(shù)控機(jī)床的速度、性能得到了很大的提高,而且成本低、效率高,三軸聯(lián)動(dòng)的進(jìn)給速度可達(dá)到4m /min (脈沖當(dāng)量01001mm) ,插補(bǔ)精度低于015脈沖當(dāng)量值。外圍電路采用可編程邏輯器件,提高了接口電路的靈活性和可靠性,抗干擾性能完全滿足在工廠的特殊和復(fù)雜環(huán)境下正常工作。該控制系統(tǒng)通過嚴(yán)格測(cè)試,在實(shí)際工作中應(yīng)用情況完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求,取得了很好的成效。