【正文】 ...............34附錄二：總體電路的 PCB 圖 ............................................................................................36目 次 1 緒論 .................................................................1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展 .....................................................1 開放式數(shù)控系統(tǒng)及其研究現(xiàn)狀 .........................................2　 論文主要工作 .......................................................42 運動控制關鍵技術分析及方案制定 .......................................5 運動控制系統(tǒng) .......................................................5 步進電機運動控制系統(tǒng) ...............................................6 方案的制定 .........................................................7 MCX314 芯片 ........................................................9　 AT91FR40162 芯片介紹 ..............................................13　 CAN 總線技術 ......................................................14　 本章小結 ..........................................................153 電路的運動控制器的硬件設計 ..........................................16 硬件設計 ..........................................................16 電路的抗干擾設計 ..................................................23 本章小結 ..........................................................244 軟件設計 ............................................................25 系統(tǒng)工作流程 ......................................................25 控制程序特點與編寫 ................................................26　 串口通信 ..........................................................29 本章小結 ..........................................................29結 論 .................................................................31致 謝 .................................................................32參 考 文 獻 ............................................................33附錄一: 電路原理圖 .....................................................35附錄二: 電路 PCB 圖 .....................................................37 1 緒論制造業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，制造業(yè)水平的高低是衡量一個國家工業(yè)發(fā)達程度的重要標志。大力發(fā)展先進的制造技術已成為世界各國最重要的幾大技術戰(zhàn)略之一，先進制造技術已經(jīng)是國際競爭與產(chǎn)品革新的一種重要手段。CNC 技術的應用為制造業(yè)帶來異常深刻的變革，但是，隨著現(xiàn)代制造技術的發(fā)展，對 CNC 系統(tǒng)提出了越來越高的要求。（4）可擴展性。 MCX314 由硬件來實現(xiàn)復雜的運動控制算法，使得編程方便，接口簡單，工作可靠，給運動控制帶來極大方便，可廣泛應用于數(shù)控機床、機器人等領域的運動控制。 圖 22　步進電機控制系統(tǒng)原理結構圖 步進電機驅動器主要包括環(huán)形分配器和功率放大器兩部分。本方案擬采用 ARM7 芯片作為核心處理器來控制 MCX314，ARM 實現(xiàn)與 PC 機的通信，控制器還包含 CAN 總線接口來與其他設備通訊。該控制器包含CAN 總線和 RS232 串行接口來與其他設備通訊。除此之外，MCX314 還有一套特殊的方法來防止當使用 S 曲線命令時產(chǎn)生三角形曲線情況的發(fā)生。插補頻率范圍為 1Hz～4MHz。這些管腳用來接收在閉環(huán)位置控制中所需要的兩相編碼信號、伺服報警信號以及到位信號。（6）插補模式寄存器 WR5該寄存器被用于指定插補軸，包括直線定速模式、單步插補輸出模式和中斷請求。　AT91FR40162 芯片介紹AT91FR40162 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT91 系列微控制器中的一員，具有ARM7TDMI 核、大容量 Flash 存儲器以及片內 SRAM 和外圍。這個內部存儲器是單周期訪問的，它直接與 32 位數(shù)據(jù)總線相連。這樣不僅增加了微控制器的性能，而且降低了功耗 [21][22][23] [27]。其余外圍器件用 5V 電壓。具體的電路如圖 34 所示。具體的電路如圖 36 所示。圖 37 CAN 總線接口框圖　輸入輸出電路設計MCX314 的輸入輸出引腳加上信號驅動芯片和光電隔離等，來使整個系統(tǒng)可以更穩(wěn)定的工作。由于 MCX314 的片選線是低電平有效，所以選擇 NCS0～NCS3 中一個片選與 MCX314 連接，即可得出MCX314 的首地址。編程時需注意，CLK=16MHz 時，數(shù)據(jù)寫入和讀出命令的命令處理時間需要最大為 250nSEC，在命令處理中不能寫入或讀出下一個數(shù)據(jù)命令，以保證 MCX314 進行正確的插補運算,輸出驅動脈沖,保證運動控制的可靠性。define addr 0x82022000 //MCX314 的基地址define wr0 0x0 //MCX314A 各軸設置與命令寄存器int count。然后就可以根據(jù)需要規(guī)劃我們的人機界面和對應的代碼實現(xiàn)。所有老師對我生活的關心和照顧也使得我得以順利完成本科生的學業(yè)。感謝大學四年來所有的老師，為我們打下電氣專業(yè)知識的基礎；他們在學習和科研方面給了我大量的指導，并為我們提供了良好的科研環(huán)境，讓我學到了知識，掌握了科研的方法，也獲得了實踐鍛煉的機會。微軟提供的這個開發(fā)環(huán)境里面，有一個串口通信的控件。 return *ptr。 控制程序特點與編寫 程 序 特 點MCX314 是基于 DSP 的運動控制芯片，它的控制過程算法主要由內部硬件完成，基于 MCX314 芯片的運動控制平臺采用的是脈沖形式輸出，在整個處理與輸出的過程中都采用數(shù)字信號，由輸出脈沖的頻率來控制電機轉速；由輸出脈沖的多少來控制電機轉動量；它通過寄存器與外界進行數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)控制功能，所以控制軟件的設計簡單來說就是根據(jù)所要求運動規(guī)律，對 MCX314 相應的寄存器寫入控制命令和參數(shù)，同時讀出特定寄存器的值得到 MCX314 的執(zhí)行情況，檢測外部與 MCX314 的反饋信號并做出相應處理 [34]。具有 8 個片選線。在這種方式下，可以使用平行線或雙絞線作總線。SP232ACN 系列是 RS232 收發(fā)器對便攜式或手持式應用如筆記本或掌上型電腦的一種解決方案。本系統(tǒng)復位電路使用了專用芯片 MAX706T，提高系統(tǒng)的可靠性。同時在 MCX314 的VDD 和 GND 之間加放 1～2 個高頻特性好的 左右的電容。外圍數(shù)據(jù)控制器PDC 在片內 USART 和片內或片外的存儲器之間傳輸數(shù)據(jù)，并且無需處理器的介入。AT91FR40162 將 ARM7TDMI 處理器的 ICE 端口接到一些專用的引腳上，從而為目標調試提供了完整、低價且易用的調試解決方案 [28]。低 16 位在 RR6 寄存器；高 16 位在 RR7 寄存器。WR3 可用于操作手動減速、單獨減速、S 曲線加/ 減速、外部操作模式設定和通用輸出的設定。每個軸另有 8 個通用輸出點。其邊界坐標界于－8388608～＋8388607 之間，同時圓弧誤差為177。每根單獨的軸被獨立的預置為 S 曲線或梯形加 /減速。(4) 降低軟件研發(fā)成本，軟件開發(fā)簡單，快捷，可以有更少的軟件研發(fā)人員花更少的時間完成復雜的運動控制編程。具體來說：第一種方式是做成外置式的獨立運動控制器，通常采用微處理器或單片機構成控制系統(tǒng)，這種方法的軟，硬件設計相對簡單。 步進電機運動控制系統(tǒng)不管是那一種類型的步進電機，其運動控制系統(tǒng)都是相似的?！≌撐闹饕ぷ髂壳埃捎谝?DSP 為代表的高速高性能專用微處理器的出現(xiàn)和 PC 機的廣泛普及，采用運動控制器的數(shù)控系統(tǒng)將成為新一代數(shù)控技術發(fā)展潮流，運動控制器將成為未來數(shù)控系統(tǒng)的核心。（3）可移植性。自從出現(xiàn)了現(xiàn)代 CNC 系統(tǒng)以后，才從根本上解決了數(shù)控系統(tǒng)可靠性低、價格昂貴、應用不便( 主要是編程困難)等關鍵問題。設計完成基于 AT91FR40162 和 MCX314 的控制器硬件電路設計；設計了 RS232 串行接口和 CAN 總線接口實現(xiàn)與其他設備通信；分析了軟件結構特點并完成部分程序編寫，主要包含基本的測試操作函數(shù)和運動控制函數(shù)。近年來，世界范圍內出現(xiàn)了研究應用先進制造技術的浪潮，以機械制造為代表的先進制造技術己成為當代國際間科技競爭的重點，許多國家制定了相應的計劃，其中最具代表性的是美國的先進制造技術計劃(AMT)、韓國的高級先進技術國家計劃、日本的智能制造計劃(IMS)和德國制造 2022 計劃等。從完成功能上看，一方面 CNC 系統(tǒng)必須適應 DNC、CAD/CAM 及 CIMS 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、低成本地構筑面向用戶的數(shù)控系統(tǒng)。CNC 系統(tǒng)的功能、模塊可以靈活設置，方便修改，既可以增加硬件或軟件構成功能更強的系統(tǒng)，也可以裁減其功能以適應低端應用?；?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。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、反轉控制和定位控制。第二種方式是做成 PCI 總線的控制卡，可以直接嵌入到 PC 機內部。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)。對于恒速驅動、梯形或 S 曲線加/ 減速驅動，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。（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。（16）實時監(jiān)控在驅動操作的任何一個狀態(tài)，命令指定的位置、實際位置、驅動速度、加/減速等狀態(tài)都可以被讀出。（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)相關的命令時使用。這種微控制器的特點是高性能32 位 RISC 體系結構、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。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?！AN 總線技術CAN 全稱為Controller Area Network，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現(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實時控制的串行通訊網(wǎng)絡。綜上，系統(tǒng)共需要三種電源：5V、。圖 34 復位模塊框圖　調試接口設計調試接口采用 ARM 公司 JTAG 仿真調試接口 [22][27]。圖 36 RS232 接口框圖 CAN總線接口設計在 CAN 總線通信接口中，采用 FHILIPS 公司的 SJA1000 和 82C250 芯片。（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。當然也就確定了 MCX314 的各個寄存器的絕對地