【正文】 的發(fā)展，能提供一個可以集成不同開發(fā)商提供的軟件并適合聯(lián)網(wǎng)需要的平臺；另一方面，隨著數(shù)控系統(tǒng)在機械制造、冶金、紡織、印刷、軍工等行業(yè)的應(yīng)用日益增多，中小批量生產(chǎn)的趨勢日益增強，必須根據(jù)不同的用戶需求，迅速、高效、低成本地構(gòu)筑面向用戶的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商為了保持自己的市場競爭力，必須尋求更好的技術(shù)手段，使他們的專用技術(shù)能夠隨著計算機技術(shù)的更新?lián)Q代而順利的升級，不必為 CNC 產(chǎn)品換代而自己開發(fā)所有的軟、硬件功能模塊。開放式體系結(jié)構(gòu)普遍采用模塊化、層次化的結(jié)構(gòu)，并通過各種形式向外提供統(tǒng)一的應(yīng)用程序接口，具有可移植性、可擴展性、互操作性和縮放性等特點，即系統(tǒng)組成的內(nèi)部開放化和系統(tǒng)組成各部件之間的開放化 [15][17]。通過提供標準化接口、通信和交互機制，使不同的功能模塊能與標準的應(yīng)用程序接口運行于系統(tǒng)平臺之上，并獲得平等的相互操作能力，協(xié)調(diào)工作。CNC 系統(tǒng)的功能、模塊可以靈活設(shè)置，方便修改，既可以增加硬件或軟件構(gòu)成功能更強的系統(tǒng)，也可以裁減其功能以適應(yīng)低端應(yīng)用。在該體系結(jié)構(gòu)中，提供的是概念性和功能性的結(jié)構(gòu)，而不是系統(tǒng)設(shè)施和標準細節(jié)的精確定義。目前己有的開放性數(shù)控系統(tǒng)主要有四種：華中 I 型、中華 I 型、航天 I 型和藍天 I 型。我們應(yīng)該抓住這一大好時機，迅速開展并深化我國的開放性控制系統(tǒng)的研究，縮小我國制造業(yè)水平與發(fā)達國家之間的差距 [18] [19] [36]。基于 MCX314 運動控制器具有處理能力強、開放程度高、運動軌跡控制準確、通用性好的特點。（4）總結(jié)和后期展望。電機通過傳動機構(gòu)帶動機械結(jié)構(gòu)運動，便可以得到預(yù)期的運動參數(shù)和運動形式?；谝陨蠈\動控制系統(tǒng)的簡要分析，可對其作如下定義：運動控制系統(tǒng)是集機械、電子、計算機技術(shù)于一體的軟硬件系統(tǒng)，它根據(jù)預(yù)定的方案，將上位控制系統(tǒng)做出的命令變成某種期望的機械運動，使控制目標得到精確的位置、速度、加速5度，或具有特定規(guī)律的運動形式。其中環(huán)形分配器又稱脈沖分配器，它根據(jù)運行指令按一定的邏輯關(guān)系分配脈沖，通過功率放大器加到步進電機的各相繞組，使步進電機按一定的方式運行；并實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)控制和定位控制。運動控制器提供給步進電機的驅(qū)動信號是標準的信號，不論哪種驅(qū)動器都接受這樣的標準信號，從而為開放式的控制提供了標準接口。一種是方向/脈沖模式，在這種控制模式下，脈沖6信號控制的是步進電機的運動，脈沖方向信號控制的是步進電機的運動方向(即正、反轉(zhuǎn))；另一種是脈沖模式，此時這兩路信號分別控制步進電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)運動，這樣對于某些只需要一個方向運動的應(yīng)用場合，可以省去一路信號，簡化設(shè)計。然后，在 MCX314 的基礎(chǔ)上，我們做了兩種方式的運動控制器的研究和探討。第二種方式是做成 PCI 總線的控制卡，可以直接嵌入到 PC 機內(nèi)部。有了相應(yīng)的 PCI 驅(qū)動程7序,運動控制卡便成為可以讓 PC 機操作系統(tǒng)識別的一部分。而要實現(xiàn)與 PC 機 PCI 總線的接口設(shè)計，就必須有接口芯片作 PCI 總線到 ISA 總線的轉(zhuǎn)換，相當于在 PCI 總線和 ISA 總線之間架設(shè)了一座橋梁，可以選用PCI9052 芯片實現(xiàn) PCI 總線與 MCX314 芯片的接口。(3) 提高系統(tǒng)實時性。功能更專、成本更低，另可實現(xiàn)基于操作系統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)。通過這個集成電路可以控制由步進電機驅(qū)動器或由脈沖型伺服電機驅(qū)動的 4 軸的位置、速度、和插補。（2）脈沖輸出 MCX314 不僅可以輸出固定的脈沖數(shù)，也可以連續(xù)不斷地輸出脈沖。（4）速度控制MCX314 可以以較小的誤差合成在其頻率范圍內(nèi)的任何頻率。對于恒速驅(qū)動、梯形或 S 曲線加/ 減速驅(qū)動，輸出脈沖的頻率范圍從 1Hz 到 4MHz；而輸出脈沖頻率的精度（在時鐘頻率為16MHz 時）小于 177。邏輯位置計數(shù)器記錄輸出的位置脈沖，而實際位置計數(shù)器則記錄從外部編碼器或者線性比例尺中輸入的反饋脈沖。（7）直線插補運用 MCX314 的直線插補，任意選擇的 2 軸或 3 軸都可以實現(xiàn)線性運動。（8）圓弧插補任意選擇 2 軸都能實現(xiàn)圓弧插補。（9）位模式插補對任意選擇的 2 軸或 3 軸，MCX314 可以實現(xiàn)位模式插補。（10）連續(xù)插補MCX314 允許不同的插補方式連續(xù)使用，例如直線插補→圓弧插補→直線插補……不間斷的連續(xù)插補時允許的最大速度為 2MPPS。（13）由外部信號驅(qū)動每個軸的脈沖輸出也可以是外部信號驅(qū)動的。這些輸入信號可以在機械原點附近以及在回零過程中對編碼器零信號執(zhí)行高速查詢。（16）實時監(jiān)控在驅(qū)動操作的任何一個狀態(tài)，命令指定的位置、實際位置、驅(qū)動速度、加/減速等狀態(tài)都可以被讀出。11（1）命令寄存器 WR0MCX314 中的這個寄存器主要用來設(shè)定命令，包括用于軸設(shè)定、命令字以及復(fù)位命令的各位。哪個寄存器被寫，取決于由 NOP 指令的指定或?qū)懬暗那闆r。哪個狀態(tài)寄存器這會被讀，同樣取決于已被指定的軸或用 NOP 指令指定的軸。（7）數(shù)據(jù)寄存器 WR6/WR7數(shù)據(jù)寄存器 WR6/WR7 在操作與數(shù)據(jù)相關(guān)的命令時使用。（9）狀態(tài)寄存器 RR1每個軸都有狀態(tài)寄存器 RR1。它主要顯示出錯的原因。（13）數(shù)據(jù)寄存器 RR6/RR7RR6 和 RR7 是數(shù)據(jù)寄存器并對應(yīng)于相應(yīng)的數(shù)據(jù)讀取命令。這種微控制器的特點是高性能32 位 RISC 體系結(jié)構(gòu)、高密度16 位指令集、低功耗以及實時性，擴充的Flash 存儲器還增加了開發(fā)者使用的靈活性。AT91FR40162 微控制器的特點是在一個 121ball BGA 封裝中集成了 256 KB 的片內(nèi) SRAM 和 16Mbit 的 Flash 存儲器。除了Flash 存儲器使能信號以外的所有地址、數(shù)據(jù)和控制信號都是內(nèi)部互連的。AMBA 橋驅(qū)動 APB，APB被設(shè)計用于訪問片內(nèi)外圍并且進行了低功耗優(yōu)化。這樣通過使用微控制器的 ARM 指令集在 66 MHz 下可以提供 60 MIPS 的最高性能，同時降低了系統(tǒng)功耗。AT91FR40162 嵌入了 1 個由 1024K 字 16 位字組成的 Flash 存儲器，通過 EBI 可以訪問它。AT91FR40162 集成了一個叫AT91 Flash Up loader 的駐留引導(dǎo)軟件。外圍寄存器由控制寄存器、模式寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器和使能/禁止/狀態(tài)寄存器組成。14　CAN 總線技術(shù)CAN 全稱為Controller Area Network，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一；它是一種多方式的串行通訊總線，基本設(shè)計規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測產(chǎn)生的任何錯誤；能有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)?！”菊滦〗Y(jié)本章介紹了運動控制相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。再加上外圍電路，就構(gòu)成了整個運動控制器系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中，MCX314 采用 5V 電源供電，必須將它的 7 個 VDD 引腳連接到 5V 電源 [1]。綜上，系統(tǒng)共需要三種電源：5V、。主時鐘還在引腳 MCKO 上作為器件的輸出，這個引腳與一個通用 I/O 線復(fù)用。17圖 33 時鐘模塊框圖　復(fù)位模塊電路設(shè)計 微控制器在上電時狀態(tài)并不確定，則造成微控制器不能正確的工作 [10]。簡單的阻容復(fù)位電路成本比較低，但它不能保證任何情況產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的復(fù)位信號，由于 ARM 和 DSP 芯片的高速、低功耗、低電壓導(dǎo)致噪聲容限低，對電源的紋波、瞬態(tài)相應(yīng)性能、時鐘源的穩(wěn)定性、電源監(jiān)控可靠性等諸多方面也提出了更高的要求。18圖 34 復(fù)位模塊框圖　調(diào)試接口設(shè)計調(diào)試接口采用 ARM 公司 JTAG 仿真調(diào)試接口 [22][27]。標準的 JTAG 接口是 4 線：TMS、TCK、TDI 、TDO ，分別為測試模式選擇、測試時鐘、測試數(shù)據(jù)輸入和測試數(shù)據(jù)輸出。目前JTAG 接口的連接有兩種標準，即 14 針接口和 20 針接口，本系統(tǒng)采用 20 針接口。由于 PC 機都帶有 RS232C 標準的串口，為方便控制器與其進行數(shù)據(jù)交換，我們使用了 SP232ACN 進行 RS232 電平轉(zhuǎn)換，與 USART0 連接實現(xiàn)了 RS232C 標準串口通信。圖 36 RS232 接口框圖 CAN總線接口設(shè)計在 CAN 總線通信接口中，采用 FHILIPS 公司的 SJA1000 和 82C250 芯片。SJA1000 在電路中是一個總線接口芯片，實現(xiàn)從上位機 PCCAN 接口到現(xiàn)場微處理器之間的數(shù)據(jù)通信。該電路的主要功能就是通過 CAN 總線接收來自上位機的數(shù)據(jù)進行分析組態(tài)，然后下傳給下位機的控制電路實現(xiàn)控制功能。通常情況下， 15KW~200KW 為 RS 較理想的取值范圍。21（1）利用光電耦合進行通道隔離采用光電耦合器可以將運動控制卡與前、后以及其它控制部分切斷電路的聯(lián)系，能有效地防止干擾從過程通道進入運動控制卡。 由于光電耦合器具有以上優(yōu)點，板卡上的輸出信號（如脈沖、方向等）和輸入信號（如左右限位開關(guān)等）都用光電耦合器件進行抗干擾處理。首先是兩者之間 16 根數(shù)據(jù)線對應(yīng)相接，因為芯片內(nèi)部沒有用電阻拉高，所以在使用時用高阻抗將數(shù)據(jù)線拉高到+5V。AT91FR40162 的外部總線接口 EBI 用于產(chǎn)生訪問片外存儲器和外部器件的信號。當然也就確定了 MCX314 的各個寄存器的絕對地址。在硬件方面采用隔離和硬件濾波23技術(shù)：，在電源輸入端加濾波器或去藕電容，以減少沿電源線進入的干擾信號在電源線和地線之間分段跨接去藕電容等。分別給出硬件各個模塊的設(shè)計方法和注意事項。電機運轉(zhuǎn)后，位置檢測裝置，立刻開始檢測電機是否正常運轉(zhuǎn)，如果電機不能正常運轉(zhuǎn)則將信號返回驅(qū)動器進行差補處理；如果能夠正常工作則直接有電機帶動機械結(jié)構(gòu)下一步工作，既而開始機械結(jié)構(gòu)工作的判斷，不能正常工作則返回到主程序進行異端處理，如能正常工作則返回驅(qū)動器進行下一次的循環(huán)。 程 序 編 寫程序流程：控制器主控芯片（AT91FR40162 ）初始化，包含 AT91FR40162 自身初始化和對 MCX314 的初始化設(shè)置，之后進行運動控制操作，主控芯片向 MCX314發(fā)指令和讀取 MCX314 狀態(tài)信息， MCX314 來完成相應(yīng)脈沖和控制信號的輸出，輸出信號通過放大隔離后輸入到步進電機，從而步進電機就可以帶動執(zhí)行機構(gòu)完成預(yù)期的運動軌跡，同時 MCX314 檢測反饋信號輸入，對檢測結(jié)果做出響應(yīng)，響應(yīng)可分為兩部分：1 直接輸出驅(qū)動信號控制電機，2 改寫 MCX314 相應(yīng)的寄存器值，這樣主控芯片 AT91FR40162 通過讀取 MCX314 狀態(tài)寄存器獲取反饋信號和 MCX314工作狀態(tài)，由其對檢測信號作相應(yīng)處理。操作 MCX314 從程序設(shè)計的角度來看就是按一定的時序讀寫其內(nèi)部的寄存器。void outpw(int addr, short data) { volatile short *ptr。 ptr=(volatile short *)addr。outpw(addr+wr0, 0x8000)。 //空循環(huán)延時，使 MCX314 完成復(fù)位在前面的 outpw()和 inpw()函數(shù)的基礎(chǔ)上，編寫出一些模塊化的功能函數(shù)，如range函數(shù)設(shè)定范圍，speed 函數(shù)設(shè)定驅(qū)動速度，mand 函數(shù)發(fā)送對 MCX314A 的操作命令等。28首先是 AT91FR40162 一端的程序，我們是在英蓓特編譯環(huán)境下編寫。圖 42 程序流程圖 其次是 PC 機一端的串口通信程序，我們在 Visual C++ 環(huán)境下編寫。 本章小結(jié)本章主要介紹了整個系統(tǒng)的工作流程，并簡要介紹了程序的特點，分析了MCX314 的插補算法和程序流程，完成部分代碼的編寫。(3)軟件設(shè)計，在分析控制程序結(jié)構(gòu)和特點的基礎(chǔ)上，編寫了系統(tǒng)初始化程序和部分功能函數(shù)。30致 謝畢業(yè)設(shè)計的這幾個月是我大學(xué)生活中過的最充實的一段時光，學(xué)到了很多東西，當然是和老師的教導(dǎo)，同學(xué)的幫助是分不開的。除了敬佩他們的專業(yè)水平外，他們的治學(xué)嚴謹和科學(xué)研究的精神也是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此祝愿他們身體健康，全家幸福！感謝我的室友們，他們在學(xué)習(xí)、生活中都給予我很大幫助。31參 考 文 獻1 葉佩青，汪勁松. MCX314 運動控制芯片與數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20212 [J].航空制造技術(shù)，3 [J].湖南工業(yè)職業(yè)學(xué)院學(xué)報，20214 張俊，——智能化數(shù)控系統(tǒng)[J]. 制造技術(shù)與機床，20215 楊振聲 .數(shù)控技術(shù)的發(fā)展動向[J].機電信息，2021[6] 勢的研究[J]，山西電子技術(shù)，20216 王濤,[J].機械制造，7 [J].中國工業(yè)報，8 Gray J. Rutledge .The PC and its Influence on Robot Controllers[A].2021 IEEE on ICRA[C], 7177219 [J].北京機床研究所，10 ，接口及應(yīng)用[M].江蘇：南京大學(xué)出版社，199912 [M].北京：機械工業(yè)出版社，202113 NOVE Instruction M annual [Z].臺灣：NOVE 公司，202114 The Data Book of MCX314. NOVA15 陽道善，朱志紅，陳吉紅,師 2021（4）16 郭艷玲，趙萬生，董本志,(9)17 周祖德，魏仁