【正文】 品革新的一種重要手段。CNC 技術(shù)的應(yīng)用為制造業(yè)帶來(lái)異常深刻的變革，但是，隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，對(duì) CNC 系統(tǒng)提出了越來(lái)越高的要求。（4）可擴(kuò)展性。 MCX314 由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制算法，使得編程方便，接口簡(jiǎn)單，工作可靠，給運(yùn)動(dòng)控制帶來(lái)極大方便，可廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等領(lǐng)域的運(yùn)動(dòng)控制。 圖 22　步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(lái)控制 MCX314，ARM 實(shí)現(xiàn)與 PC 機(jī)的通信，控制器還包含 CAN 總線接口來(lái)與其他設(shè)備通訊。該控制器包含CAN 總線和 RS232 串行接口來(lái)與其他設(shè)備通訊。除此之外，MCX314 還有一套特殊的方法來(lái)防止當(dāng)使用 S 曲線命令時(shí)產(chǎn)生三角形曲線情況的發(fā)生。插補(bǔ)頻率范圍為 1Hz～4MHz。這些管腳用來(lái)接收在閉環(huán)位置控制中所需要的兩相編碼信號(hào)、伺服報(bào)警信號(hào)以及到位信號(hào)。（6）插補(bǔ)模式寄存器 WR5該寄存器被用于指定插補(bǔ)軸，包括直線定速模式、單步插補(bǔ)輸出模式和中斷請(qǐng)求?！T91FR40162 芯片介紹AT91FR40162 是美國(guó) 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(chǔ)器以及片內(nèi) SRAM 和外圍。這個(gè)內(nèi)部存儲(chǔ)器是單周期訪問(wèn)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(shè)計(jì)MCX314 的輸入輸出引腳加上信號(hào)驅(qū)動(dòng)芯片和光電隔離等，來(lái)使整個(gè)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(gè)片選與 MCX314 連接，即可得出MCX314 的首地址。編程時(shí)需注意，CLK=16MHz 時(shí)，數(shù)據(jù)寫入和讀出命令的命令處理時(shí)間需要最大為 250nSEC，在命令處理中不能寫入或讀出下一個(gè)數(shù)據(jù)命令，以保證 MCX314 進(jìn)行正確的插補(bǔ)運(yùn)算,輸出驅(qū)動(dòng)脈沖,保證運(yùn)動(dòng)控制的可靠性。define addr 0x82022000 //MCX314 的基地址define wr0 0x0 //MCX314A 各軸設(shè)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(jī)界面和對(duì)應(yīng)的代碼實(shí)現(xiàn)。所有老師對(duì)我生活的關(guān)心和照顧也使得我得以順利完成本科生的學(xué)業(yè)。213。\0607202。\6212。186。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是他們?nèi)匀患?xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。具體的程序流程見(jiàn)圖 42。 } short inpw( int addr) { volatile short *ptr。 系統(tǒng)工作流程系統(tǒng)工作流程如圖 41 所示：機(jī)械結(jié)構(gòu)工作圖 41 系統(tǒng)工作流程圖在系統(tǒng)上電后，開始執(zhí)行開發(fā)板上固有的初始化程序，如存儲(chǔ)器空間的定義，中斷的初始化等，接著將開始執(zhí)行 C 語(yǔ)言編制的主程序，主程序運(yùn)行中斷，判斷是否調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序，如果不調(diào)用則程序再次等待，直到調(diào)用開始給驅(qū)動(dòng)器發(fā)出電信號(hào)。最后，是 MCX314 的片選線的連接。在這種方式下，為避免射頻干擾，建議使用屏蔽電纜作總線；而在波特率較低、總線較短時(shí)，一般采用斜率控制方式，上升和下降的斜率取決于 RS 的阻值。USART 接到 APB 并與外圍數(shù)據(jù)控制器 PDC 連接。由于這個(gè)信號(hào)會(huì)使微控制器初始化為某種狀態(tài)，所以這個(gè)信號(hào)的穩(wěn)定性和可靠性對(duì)微控制器的正常工作有重大影響。 硬件設(shè)計(jì)　電源模塊設(shè)計(jì)電源為整個(gè)系統(tǒng)提供能量，是整個(gè)系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，具有極其重要的地位，如果電源系統(tǒng)處理得好，整個(gè)系統(tǒng)的故障往往能減少一半。所有的片內(nèi)外圍都可以通過(guò) AMBA 橋接受 32 位的訪問(wèn)。ARM7TDMI 通過(guò) ASB 與片內(nèi)32 位存儲(chǔ)器、外部總線接口 EBI 和 AMBA 橋進(jìn)行接口。（12）輸入寄存器 RR4/RR5RR4 和 RR5 為通用輸入寄存器。（4）模式寄存器 WR34 根軸都有各自的 WR3。（14）輸入/輸出信號(hào)除急停信號(hào)、硬件限位信號(hào)以外，每個(gè)軸都有 4 個(gè)輸入信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)減速和制動(dòng)。插補(bǔ)頻率范圍為 1Hz～4MHz。在插補(bǔ)驅(qū)動(dòng)中，MCX314 可以將 2 軸同步脈沖輸出設(shè)置為 倍脈沖周期，而將 3 軸同步脈沖輸出設(shè)置為 倍脈沖周期。(2) 提高系統(tǒng)可靠性， AT91FR40162 是一款基于 ARM 內(nèi)核的 32 位 RISC 構(gòu)架的處理器，其體積小，低功耗，低成本，性能高，支持 Thumb（16 位） 、ARM（32位 ）雙指令集，能很好的兼容 8 位/16 位器件,采用此芯片后，控制器的硬件器件大為減少，軟件程序大為縮短，均有助提高可靠性 [21]。可廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等領(lǐng)域的運(yùn)動(dòng)控制 [1] [13] [14]。位置檢測(cè)裝置有脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光柵、磁尺及激光干涉儀等。制造業(yè)第三次革命的開3放式控制系統(tǒng)的研究，為我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新的契機(jī)。（2）可互操作性。1974年，微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)后，發(fā)展為第五代數(shù)控系統(tǒng)，即現(xiàn)代 CNC 系統(tǒng)。近年來(lái)，世界范圍內(nèi)出現(xiàn)了研究應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)的浪潮，以機(jī)械制造為代表的先進(jìn)制造技術(shù)己成為當(dāng)代國(guó)際間科技競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)，許多國(guó)家制定了相應(yīng)的計(jì)劃，其中最具代表性的是美國(guó)的先進(jìn)制造技術(shù)計(jì)劃(AMT)、韓國(guó)的高級(jí)先進(jìn)技術(shù)國(guó)家計(jì)劃、日本的智能制造計(jì)劃(IMS)和德國(guó)制造 2022 計(jì)劃等。從完成功能上看，一方面 CNC 系統(tǒng)必須適應(yīng) DNC、CAD/CAM 及 CIMS 的發(fā)展，能提供一個(gè)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(tái)；另一方面，隨著數(shù)控系統(tǒng)在機(jī)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(shì)日益增強(qiáng)，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)。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(qiáng)的系統(tǒng)，也可以裁減其功能以適應(yīng)低端應(yīng)用?；?MCX314 運(yùn)動(dòng)控制器具有處理能力強(qiáng)、開放程度高、運(yùn)動(dòng)軌跡控制準(zhǔn)確、通用性好的特點(diǎn)。其中環(huán)形分配器又稱脈沖分配器，它根據(jù)運(yùn)行指令按一定的邏輯關(guān)系分配脈沖，通過(guò)功率放大器加到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組，使步進(jìn)電機(jī)按一定的方式運(yùn)行；并實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)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(jī)內(nèi)部。功能更專、成本更低，另可實(shí)現(xiàn)基于操作系統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)。對(duì)于恒速驅(qū)動(dòng)、梯形或 S 曲線加/ 減速驅(qū)動(dòng)，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(shí)鐘頻率為16MHz 時(shí)）小于 177。（9）位模式插補(bǔ)對(duì)任意選擇的 2 軸或 3 軸，MCX314 可以實(shí)現(xiàn)位模式插補(bǔ)。（16）實(shí)時(shí)監(jiān)控在驅(qū)動(dòng)操作的任何一個(gè)狀態(tài)，命令指定的位置、實(shí)際位置、驅(qū)動(dòng)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(guān)的命令時(shí)使用。這種微控制器的特點(diǎn)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(shí)時(shí)性，擴(kuò)充的Flash 存儲(chǔ)器還增加了開發(fā)者使用的靈活性。這樣通過(guò)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(shí)降低了系統(tǒng)功耗。14　CAN 總線技術(shù)CAN 全稱為Controller Area Network，即控制器局域網(wǎng)，是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一；它是一種多方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測(cè)產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤；能有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)。綜上，系統(tǒng)共需要三種電源：5V、。18圖 34 復(fù)位模塊框圖　調(diào)試接口設(shè)計(jì)調(diào)試接口采用 ARM 公司 JTAG 仿真調(diào)試接口 [22][27]。圖 36 RS232 接口框圖 CAN總線接口設(shè)計(jì)在 CAN 總線通信接口中，采用 FHILIPS 公司的 SJA1000 和 82C250 芯片。21（1）利用光電耦合進(jìn)行通道隔離采用光電耦合器可以將運(yùn)動(dòng)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(guò)程通道進(jìn)入運(yùn)動(dòng)控制卡。當(dāng)然也就確定了 MCX314 的各個(gè)寄存器的絕對(duì)地址。 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(duì) MCX314 的初始化設(shè)置，之后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)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(lái)完成相應(yīng)脈沖和控制信號(hào)的輸出，輸出信號(hào)通過(guò)放大隔離后輸入到步進(jìn)電機(jī)，從而步進(jìn)電機(jī)就可以帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成26預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí) MCX314 檢測(cè)反饋信號(hào)輸入，對(duì)檢測(cè)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(dòng)信號(hào)控制電機(jī)，2 改寫 MCX314 相應(yīng)的寄存器值，這樣主控芯片 AT91FR40162 通過(guò)讀取 MCX314 狀態(tài)寄存器獲取反饋信號(hào)和 MCX314工作狀態(tài)，由其對(duì)檢測(cè)信號(hào)作相應(yīng)處理。outpw(addr+wr0, 0x8000)。29 本章小結(jié)本章主要介紹了整個(gè)系統(tǒng)的工作流程，并簡(jiǎn)要介紹了程序的特點(diǎn)，分析了MCX314 的插補(bǔ)算法和程序流程，完成部分代碼的編寫。在此祝愿他們身體健康，全家幸福！感謝我的室友們，他們?cè)趯W(xué)習(xí)、生活中都給予我很大幫助。\0607202。193。186。180。他們平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)過(guò)程中都給予了悉心的指導(dǎo)。程序的編寫便簡(jiǎn)單了很多。 *ptr=data。244 軟件設(shè)計(jì)軟件部分的設(shè)計(jì)可以分為：AT91FR40162 與 PC 機(jī)之間的通信、AT91FR40162對(duì) MCX314 的控制部分的應(yīng)用程序。ARM 芯片的讀寫線和MCX314A 的 RDN 和 WRN 相連,另外，為處理 MCX314 硬件中斷，應(yīng)將 MCX314的中斷引腳 INTN 置高后與 AT91FR40162 的中斷信號(hào) IRQO 連接。把該引腳直接與地相連，系統(tǒng)將處于高速工作方式。AT91X40 系列微控制器內(nèi)部集成了兩個(gè)完全相同的全雙工通用同步/ 異步收發(fā)器（USART）USART0 和 USART1。微控制器自己上電時(shí)會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，但是多數(shù)控制器需要外部輸入這個(gè)信號(hào)。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示：圖 31　系統(tǒng)整體框圖從圖中我們可以看出，該系統(tǒng)分為幾個(gè)模塊：電源模塊、復(fù)位模塊、時(shí)鐘模塊、調(diào)試接口模塊、輸入輸出通道模塊、通信模塊等。（2）外 圍AT91FR40162 集成了多個(gè)外圍，它們被分成 2 類：系統(tǒng)外圍和用戶外圍。ASB 被設(shè)計(jì)為最佳性能，由存儲(chǔ)控制器控制。它主要顯示中斷的來(lái)源。（3）模式寄存器 WR2WR2 被用于設(shè)定外部限位開關(guān)輸入、反饋計(jì)數(shù)器脈沖類型以及伺服驅(qū)動(dòng)的反饋信號(hào)。這個(gè)功能可用于低速運(yùn)行或是示教，以減輕 CPU 的負(fù)載。 最小插補(bǔ)單位。9（3）恒速控制恒速控制功能允許在不同的插補(bǔ)進(jìn)行改換時(shí)保持運(yùn)動(dòng)速度不變。采用 ARM7 系列中的 AT91FR40162 具有以下的好處 [21][22][23]：(1) 提高控制性能，采用成熟 32 位的 ARM 處理器來(lái)控制，可以提高系統(tǒng)可測(cè)的反映類型和相應(yīng)的項(xiàng)目。高集成度 MCX314 運(yùn)動(dòng)控制專用芯片能實(shí)現(xiàn) 4軸 3 聯(lián)動(dòng)的位置、速度、加速度控制和直線、圓弧、位元 3 種模式的連續(xù)插補(bǔ)和位置閉環(huán)控制，其性能優(yōu)良、接口簡(jiǎn)單、編程方便、工作可靠，給運(yùn)動(dòng)控制帶來(lái)極大方便。數(shù)字化執(zhí)行電機(jī)的受控性能較好，已在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中普遍應(yīng)用，如步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字式交流伺服電機(jī)等?？刂破鹘Y(jié)構(gòu)的開放性為數(shù)控技術(shù)能持續(xù)不斷地吸收日新月異的計(jì)算機(jī)硬軟件最新成果創(chuàng)造了條件，有利于數(shù)控產(chǎn)品自身的更新?lián)Q代，提高性能，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，這正是開放式 NC 控制器之所以被各發(fā)達(dá)國(guó)家視為重要的戰(zhàn)略技術(shù)、紛紛投入研究的重要原因。提供標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境的基礎(chǔ)平臺(tái)，允許不同功能和不同開發(fā)商的軟硬2件模塊介入。于是將它移植過(guò)來(lái)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，出現(xiàn)了第四代數(shù)控系統(tǒng)，即計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC) 系統(tǒng)。在我國(guó)，先進(jìn)制造技術(shù)的重要性業(yè)已引起各界的認(rèn)識(shí)和重視，被列為“九五”計(jì)劃和 2022 年中長(zhǎng)期科研發(fā)展規(guī)劃中的主要關(guān)鍵技術(shù)和重要發(fā)展方向 [5] [6] [44]。這就要求 CNC 系統(tǒng)具有模塊化和重新配置的特點(diǎn)：從使用的角度看，新型 CNC 系統(tǒng)應(yīng)能運(yùn)用于各種計(jì)算機(jī)軟硬件平臺(tái)上，并提供統(tǒng)一風(fēng)格的用戶交互環(huán)境，以便于用戶的操作、維護(hù)和更新?lián)Q代。（5）可互換性。論文的內(nèi)容包括：（1）數(shù)控技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，確定課題方案。由于輸出的功率極小，只有幾毫安電流，而步進(jìn)電機(jī)相繞組一般需要幾安至十幾安的電流( 脈沖電流幅值直接影響步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小)，所以脈沖分配器不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作，必須通過(guò)功率放大器進(jìn)行放大，才能給步進(jìn)電機(jī)各相繞組提供足夠的電流。PC 機(jī)通過(guò)PCI 總線來(lái)訪問(wèn)和控制 MCX314。加上嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、小型化、專用化和高可靠性，從而克服了傳統(tǒng)的基于單片機(jī)控制系統(tǒng)功能不足。%。這種插補(bǔ)的數(shù)據(jù)由上位機(jī)進(jìn)行運(yùn)算。（17）可用 8 位或 16 位數(shù)據(jù)總線MCX314 可以與 8 位或 16 位 CPU 相連。在將命令字