标题运动控制芯片的使用方法

    MCX314As运动控制芯片
    
    一、运动控制芯片简介
    
    运动控制芯片是专门为步进和伺服控制用途设计的专用DSP数字信号处理运动处理器。该产品问世二十多年来，凭借其强大的功能，优良的品质，简单易用的特色和富于竞争力的价格，已占据美日欧大部分市场,为各行各业的上万家用户采用。
    
    用户采用这类芯片后，原来很复杂的运动控制问题就可以变得相当简单。所有实时运动控制工作都可由运动控制芯片处理，包括匀速和变速脉冲发射、升降速规划、直线或圆弧插补、原点及限位开关管理、编码器计数，丢步检测等。主芯片单片机或PC机只需向PCL/PCD芯片发出简单指令，即可实现各种复杂运动，因而可将其自身资源主要用于人机接口（键盘、显示等）以及I/O口监控。这样可以大大简化运动控制器的软硬件结构和开发工作。

    图1.1 典型运动控制系统
    
    二、使用运动控制芯片的优点
    
    采用运动控制芯片具有以下好处:
    
    缩短开发周期，加快产品上市速度：使用运动控制芯片能大大简化和缩短运动控制器的研发过程。原来需要一两年才能开发成熟的产品可能在一至两个月中开发成功，因此可以大规模降低开发成本和风险，比竞争对手更快抢占市场。
    
    提高控制性能：运动控制的高性能控制可使电机运动更快、更平稳、更安静、更精确。
    
    提高系统可靠性：运动控制运动处理器中各项软硬件功能均已千锤百炼，比用户自己开发的更为可靠。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。
    
    降低系统硬件成本：有了运动控制芯片，您再不必花费高价购买或生产结构复杂、体积庞大的控制器了。而且运动控制芯片减速曲线可以更好的消除步进丢步和伺服过冲问题，因而允许系统采用功率更小的电机及驱动来达到同等运动指标，从而降低系统成本和体积。
    
    降低软件研发成本：软件开发简单、快速，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。
    
    与其它产品相比功能更强大：例如PCL6045B中带有预置寄存器可存储下两段插补参数，因此可保证多段插补运动的连续性。另外，还有间隙补偿，伺服停止时减少振荡等独特功能, 芯片内置多点缓冲等功能。本芯片特别适应于多轴插补用途。
    
    三、运动控制芯片的应用领域
    
    雕刻机、绣花机、印刷机、包装机、点胶机、木工机械、半导体设备、检测仪器、纺织机械等。
    
    四、怎样使用运动控制芯片
    
    使用运动控制芯片开发运动控制器时，一般采用主从式双 CPU 结构模式。主 CPU 为单片机（例如 8051 ）或 PC 机（奔腾处理器），用于键盘、显示，串行通讯等管理工作，而从 CPU 即为运动控制运动控制芯片，专门负责运动控制的处理工作。有单片机开发经验的人都很熟悉外围芯片，如 8255 （ I/O 口）， 8253 （计时计数器）， 8279 （键盘、显示）等，每个外围芯片能处理一类实时性很强的工作。因而可以大大减轻单片机的负担。 运动控制芯片的作用和操作也很类似，其与单片机的通讯是靠读写总线上的几个地址来进行指令和数据的传输（见图 1.12 和 1.13 ）。
    
    A、独立式控制器：一个廉价单片机（如 8051 ）加上运动控制芯片以及键盘、液晶等器件，即可构成功能强大的机电控制器，如有必要也可与 PC 机进行 RS232 串行通讯。

    图1.12 独立式控制器
    
    B、PC 插卡式控制器：用户只需在 PCB 板上装上运动控制芯片加上少量廉价的地址解码器和光耦芯片，即可构成 ISA 或 PCI 总线上的多轴插卡式控制器，成本低廉。

    图1.13 PC插卡式控制器
    
    四、基于运动控制芯片的运动控制软件开发介绍
    
    使用运动控制芯片时，软件开发主要包含以下三个工作：
    
    1、熟悉芯片的操作指令和各种内部寄存器；
    
    2、编写运动函数库；
    
    3、在单片机的主程序中调用运动函数 。
    
    1、操作指令和内部寄存器
    
    运动控制芯片的典型内部结构图与一般的单片机外围芯片类似 如 8255,8254 等 。运动控制芯片接口处有四个地址（与外围芯片 8255 等相似），单片机或 PC 机只需向相应地址写入命令或数据，即可操作控制芯片或设置各种运动参数。如速度、距离、加速度、运行模式等，如要了解现时的芯片工作状态，例如脉冲已发多少，原点是否找到，单片机（或 PC ）可以向四个地址读取相应寄存器中的数据。
    
    运动控制芯片内部有十至几十个寄存器，存储运动参数或工作状态值，单片机可通过四个接口地址来写这些寄存器，从而达到改变运动参数或了解即时运动状态的目的。另外，运动控制可以中断主 CPU ，通知特殊状态，如脉冲已发完成或遇上限位开关等。
    
    2、编写简化运动函数库
    
    为了简化软件结构，可以建立一个函数库，专门用于管理与运动控制芯片相关的操作，根据所用芯片型号和具体用途，该函数库应包括十几个到几十个函数，例如：
    
    1、参数设置函数（设置距离、速度、加速度等）；
    
    2、状态读取函数（读取当前位置、原点和限位开关状态等）；
    
    3、运动函数（点位运动、连续运动、圆弧插补、回零等）；
    
    4、停止和中断管理函数（急停和减速等）；
    
    3、主 CPU 上调用运动函数库
    
    有了运动函数库，主 CPU 上的主程序只需反复调用这些函数，即可执行十分复杂的运动控制。开发者可以专注于键盘、显示等输入输出管理，不需再为复杂的运动控制烦恼了。