【正文】 39 描述了 MCX314 和 AT91FR40162 的接口電路圖，具體的電路在附錄的22PROTEL 格式 SCH 原理圖中給出。首先是兩者之間 16 根數(shù)據(jù)線對(duì)應(yīng)相接，因?yàn)樾酒瑑?nèi)部沒(méi)有用電阻拉高，所以在使用時(shí)用高阻抗將數(shù)據(jù)線拉高到+5V。 DAT[0:15]DAT[0:15]AD[1:3]AD[0:2]NCS1CSNRDNWRNITNOE/NRDNEW/NROIRQO H16L8ESTN5VMX314ARM圖 39 主芯片接口電路圖MCX314 可以采用 8/16 的數(shù)據(jù)總線，本設(shè)計(jì)采用 16 位的數(shù)據(jù)總線，MCX314和 AT91FR40162 的 16 根數(shù)據(jù)線對(duì)應(yīng)相接， MCX314 芯片的 H16L8 引腳、TESTN引腳置高，MCX314 采用 16 位數(shù)據(jù)總線的模式，所以地址線只用到 A0、AA2，分別與 AT91FR40162 的地址線 AAA3 連接。ARM 芯片的讀寫(xiě)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。最后，是 MCX314 的片選線的連接。AT91FR40162 的外部總線接口 EBI 用于產(chǎn)生訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器和外部器件的信號(hào)。具有 8 個(gè)片選線。其中 NCS0～NCS3 是低電平有效的片選線，而 CS4～CS7 是高電平有效的片選線。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。當(dāng)然也就確定了 MCX314 的各個(gè)寄存器的絕對(duì)地址。 電路的抗干擾設(shè)計(jì)系統(tǒng)的抗干擾性能直接影響系統(tǒng)工作的可靠性。一旦系統(tǒng)受到干擾，程序指針發(fā)生錯(cuò)誤，將會(huì)造成程序的執(zhí)行的混亂或進(jìn)入死循環(huán)，使系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)可能因?yàn)檐浖e(cuò)誤使系統(tǒng)硬件損壞。本系統(tǒng)在硬件和軟件兩方面采取抗干擾措施。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(jìn)入的干擾信號(hào)在電源線和地線之間分段跨接去藕電容等。離弱電信號(hào)，以避免產(chǎn)生誤操作。在軟件方面上運(yùn)用“看門(mén)狗”技術(shù)，采用監(jiān)視定時(shí)器對(duì)軟件的進(jìn)行保護(hù)。 本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了 AT91FR40162+MCX314 方式的控制器的具體實(shí)現(xiàn)方法。分別給出硬件各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方法和注意事項(xiàng)。同時(shí)簡(jiǎn)要的介紹了電路抗干擾的措施。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。 系統(tǒng)工作流程系統(tǒng)工作流程如圖 41 所示：圖 41 系統(tǒng)工作流程圖在系統(tǒng)上電后，開(kāi)始執(zhí)行開(kāi)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(kāi)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(kāi)始給驅(qū)動(dòng)器發(fā)出電信號(hào)。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，位置檢測(cè)裝置，立刻開(kāi)始檢測(cè)電機(jī)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，如果電機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)則將信號(hào)返回驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行差補(bǔ)處理；如果能夠正常工作則直接有電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)下一步工作，既而開(kāi)始機(jī)械結(jié)構(gòu)工作的判斷，不能正常工作則返回到主程序進(jìn)行異端處理，如能正常工作則返回驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行下一次的循環(huán)。 控制程序特點(diǎn)與編寫(xiě) 程 序 特 點(diǎn)MCX314 是基于 DSP 的運(yùn)動(dòng)控制芯片，它的控制過(guò)程算法主要由內(nèi)部硬件完成，基于 MCX314 芯片的運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)采用的是脈沖形式輸出，在整個(gè)處理與輸出的過(guò)程中都采用數(shù)字信號(hào)，由輸出脈沖的頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速；由輸出脈沖的多少來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)量；它通過(guò)寄存器與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)控制功能，所以控制軟件的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是根據(jù)所要求運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì) MCX314 相應(yīng)的寄存器寫(xiě)入控制命令和參數(shù)，同時(shí)讀出特定寄存器的值得到 MCX314 的執(zhí)行情況，檢測(cè)外部與 MCX314 的反饋信號(hào)并做出相應(yīng)處理 [34]?；?ARM 的運(yùn)動(dòng)控制軟件采用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)，為方便程序開(kāi)發(fā)，增強(qiáng)程序的通用性，根據(jù) MCX314 硬件結(jié)構(gòu)，編寫(xiě)了相應(yīng)的 MCX314 頭文件，在其中定義了MCX314 的內(nèi)部資源和一些說(shuō)明，如寄存器，硬件中斷源和一些常量等；程序主要由控制函數(shù)來(lái)構(gòu)成，控制函數(shù)主要是初始化，工作模式設(shè)定，運(yùn)動(dòng)函數(shù)，狀態(tài)讀取等，完成運(yùn)動(dòng)控制功能，對(duì)于具體的運(yùn)動(dòng)，編寫(xiě)了相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)函數(shù)，方便了進(jìn)一步ARM 初始化程序執(zhí)行驅(qū)動(dòng)程序是否驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器工作執(zhí)行電機(jī)工作電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)工作正常運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始25的程序開(kāi)發(fā)；另外根據(jù) MCX314 寄存器的結(jié)構(gòu)，編寫(xiě)了通用的操作函數(shù)，對(duì)寄存器的位作了定義，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定位的操作，這些函數(shù)與控制函數(shù)一起使用，方便編程的同時(shí)也使得程序更加規(guī)范。編程時(shí)需注意，CLK=16MHz 時(shí)，數(shù)據(jù)寫(xiě)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(xiě)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。 程 序 編 寫(xiě)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(xiě) 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。連續(xù)插補(bǔ)是比較典型和重要的插補(bǔ)方式，它是直線插補(bǔ)→圓弧插補(bǔ)→直線插補(bǔ)→…這樣在每個(gè)插補(bǔ)節(jié)點(diǎn)之間不停地驅(qū)動(dòng)，以下以連續(xù)插補(bǔ)為例介紹運(yùn)動(dòng)函數(shù)編寫(xiě)方法，連續(xù)插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)函數(shù)流程如圖 41 所示。26第 1節(jié) 點(diǎn) 數(shù) 據(jù) 設(shè) 定發(fā) 出 插 補(bǔ) 命 令發(fā) 生 錯(cuò) 誤 ？能 寫(xiě) 下 個(gè) 數(shù) 據(jù)R0/D9=1?第 2節(jié) 點(diǎn) 數(shù) 據(jù) 設(shè) 定發(fā) 出 插 補(bǔ) 命 令發(fā) 生 錯(cuò) 誤 ？能 寫(xiě) 下 個(gè) 數(shù) 據(jù)R0/D9=1?第 3節(jié) 點(diǎn) 數(shù) 據(jù) 設(shè) 定發(fā) 出 插 補(bǔ) 命 令連 續(xù) 插 補(bǔ) 開(kāi) 始NO YESYES結(jié) 束 插 補(bǔ)錯(cuò) 誤 處 理NOMCX314初 始 化 、 軸 指 定 、范 圍 設(shè) 定 、 速 度 設(shè) 定開(kāi) 始圖 41 連續(xù)程序流程 AT91FR40162對(duì)MCX314的操作二者之間對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)線和地址線以及控制信號(hào)線接好之后，我們可以根據(jù)片選線確定出 MCX314 的基地址。那么它的各個(gè)寄存器的地址都是相對(duì)于基地址的偏移。操作 MCX314 從程序設(shè)計(jì)的角度來(lái)看就是按一定的時(shí)序讀寫(xiě)其內(nèi)部的寄存器。MCX314 可寫(xiě) 的寄存器有：命令寄存器 WR0，模式寄存器 WR1~3，輸出寄存器WR4，插補(bǔ)模式寄存器 WR5，數(shù)據(jù)寄存器 WR6～ 7；可讀的寄存器有：主狀態(tài)寄存器 RR0，狀態(tài)寄存器 RR1～5，數(shù)據(jù)寄存器 RR6～7。根據(jù)硬件連接圖，我們可以得出 MCX314 的基地址，也就是 WR0 和 RR0 的地址，記為 addr，WR1 和 RR1 的27地址是 addr+2，依此類推，WR7 和 RR7 的地址是 addr+0x0e。反復(fù)調(diào)用下面的outpw 函數(shù)發(fā)送命令、設(shè)置參數(shù)，inpw 函數(shù)讀取 MCX314A 狀態(tài)反饋，完成微控器對(duì) MCX314 的操作。void outpw(int addr, short data) { volatile short *ptr。 ptr=(volatile short *)addr。 *ptr=data。 } short inpw( int addr) { volatile short *ptr。 ptr=(volatile short *)addr。 return *ptr。 }下面的程序?qū)崿F(xiàn) MCX314 的軟件復(fù)位。define addr 0x82021000 //MCX314 的基地址define wr0 0x0 //MCX314A 各軸設(shè)置與命令寄存器int count。outpw(addr+wr0, 0x8000)。 //MCX314 的軟復(fù)位命令for(count=0。count10。count++)。 //空循環(huán)延時(shí)，使 MCX314 完成復(fù)位在前面的 outpw()和 inpw()函數(shù)的基礎(chǔ)上，編寫(xiě)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(dòng)速度，mand 函數(shù)發(fā)送對(duì) MCX314A 的操作命令等。那么，對(duì) MCX314A 的基本操作就變成了對(duì)以上功能函數(shù)的調(diào)用?！〈谕ㄐ乓瓿?AT91FR40162 與 PC 機(jī)之間的串口通信，需要分別編寫(xiě)兩端的串口通信程序。二者之間還有一個(gè)約定好的通信協(xié)議。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(xiě)。ATMEL公司提供的函數(shù)庫(kù)里面已經(jīng)包含了對(duì)串口操作的函數(shù)，因此我們?cè)趯?xiě)串口通信程序時(shí)，只要把相應(yīng)的頭文件包含進(jìn)來(lái)，就可以直接調(diào)用已經(jīng)封裝好的這些函數(shù)。程序的編寫(xiě)便簡(jiǎn)單了很多。具體的程序流程見(jiàn)圖 42。圖 42 程序流程圖 其次是 PC 機(jī)一端的串口通信程序，我們?cè)?Visual C++ 環(huán)境下編寫(xiě)。微軟提供的這個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境里面，有一個(gè)串口通信的控件。那么我們?cè)诰帉?xiě)程序時(shí)就需要先導(dǎo)入該控件。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)。 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(xiě)。29結(jié) 論在本設(shè)計(jì)中，我們選用日本 NOVA 電子有限公司研制的 DSP 運(yùn)動(dòng)控制專用芯片 MCX314，設(shè)計(jì)了以 AT91FR40162 為主控制芯片，以 MCX314 為數(shù)字信號(hào)處理芯片輸出電機(jī)控制信號(hào)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)控制器。本人主要參與的工作內(nèi)容及完成的具體情況如下：(1)方案的制定和芯片選擇，在了解了國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)及運(yùn)動(dòng)控制器的研究情況后，針對(duì)設(shè)計(jì)要求制定了使用 MCX314 作為主要信號(hào)處理芯片的方案。(2)硬件電路設(shè)計(jì)，包括主芯片的接口設(shè)計(jì)和控制器與其他設(shè)備的通信接口設(shè)計(jì)，完成原理圖設(shè)計(jì)和 PCB 板設(shè)計(jì)。(3)軟件設(shè)計(jì)，在分析控制程序結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，編寫(xiě)了系統(tǒng)初始化程序和部分功能函數(shù)。 由于時(shí)間關(guān)系和個(gè)人能力有限，本設(shè)計(jì)還有以下工作缺乏完善及需要進(jìn)一步進(jìn)行研究的地方：(1) 方案中的軟件設(shè)計(jì)需進(jìn)一步深入。(2) 本設(shè)計(jì)所研究的控制器（卡）的通用性和可移植性還需完善。(3) 沒(méi)有完成人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)，沒(méi)有做出實(shí)物出來(lái)。30致 謝畢業(yè)設(shè)計(jì)的這幾個(gè)月是我大學(xué)生活中過(guò)的最充實(shí)的一段時(shí)光，學(xué)到了很多東西，當(dāng)然是和老師的教導(dǎo)，同學(xué)的幫助是分不開(kāi)的。在這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師老師和老師。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)。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。除了敬佩他們的專業(yè)水平外，他們的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。感謝大學(xué)四年來(lái)所有的老師，為我們打下電氣專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；他們?cè)趯W(xué)習(xí)和科研方面給了我大量的指導(dǎo)，并為我們提供了良好的科研環(huán)境，讓我學(xué)到了知識(shí)，掌握了科研的方法，也獲得了實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì)。他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、對(duì)我的嚴(yán)格要求以及為人處世的坦蕩使我終身受益。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)。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。最后還要感謝我的父母，在我的整個(gè)求學(xué)生涯中，他們付出了無(wú)數(shù)的汗水，他們的鼓勵(lì)、關(guān)懷，他們?yōu)槲宜龅囊磺校疾荒苡醚哉Z(yǔ)來(lái)表達(dá)。正是有了他們的支持和鼓勵(lì)，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才能順利完成。衷心感謝在百忙之中抽出時(shí)間審閱本論文的老師們。31參 考 文 獻(xiàn)1 葉佩青，汪勁松. MCX314 運(yùn)動(dòng)控制芯片與數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[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(bào)，20214 張俊，——智能化數(shù)控系統(tǒng)[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床，20215 楊振聲 .數(shù)控技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向[J].機(jī)電信息，2021[6] 勢(shì)的研究[J]，山西電子技術(shù)，20216 王濤,[J].機(jī)械制造，7 [J].中國(guó)工業(yè)報(bào)，8 Gray J. Rutledge .The PC and its Influence on Robot Controllers[A].2021 IEEE on ICRA[C], 7177219 [J].北京機(jī)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(jī)械工業(yè)出版社，202113 NOVE Instruction M annual [Z].臺(tái)灣：NOVE 公司，202114 The Data Book of MCX314. NOVA15 陽(yáng)道善，朱志紅，陳吉紅,師 2021（4）16 郭艷玲，趙萬(wàn)生，董本志,(9)17 周祖德，魏仁選