【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。 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)計采用 16 位的數(shù)據(jù)總線，MCX314和 AT91FR40162 的 16 根數(shù)據(jù)線對應(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 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)生訪問片外存儲器和外部器件的信號。具有 8 個片選線。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 的各個寄存器的絕對地址。 電路的抗干擾設(shè)計系統(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)生錯誤，將會造成程序的執(zhí)行的混亂或進入死循環(huán)，使系統(tǒng)無法正常運行，嚴(yán)重時可能因為軟件錯誤使系統(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，以減少沿電源線進入的干擾信號在電源線和地線之間分段跨接去藕電容等。離弱電信號，以避免產(chǎn)生誤操作。在軟件方面上運用“看門狗”技術(shù)，采用監(jiān)視定時器對軟件的進行保護。 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現(xiàn)方法。分別給出硬件各個模塊的設(shè)計方法和注意事項。同時簡要的介紹了電路抗干擾的措施。244 軟件設(shè)計軟件部分的設(shè)計可以分為：AT91FR40162 與 PC 機之間的通信、AT91FR40162對 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，開始執(zhí)行開發(fā)板上固有的初始化程序，如存儲器空間的定義，中斷的初始化等，接著將開始執(zhí)行 C 語言編制的主程序，主程序運行中斷，判斷是否調(diào)用驅(qū)動程序，如果不調(diào)用則程序再次等待，直到調(diào)用開始給驅(qū)動器發(fā)出電信號。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)。 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(nèi)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(zhuǎn)速；由輸出脈沖的多少來控制電機轉(zhuǎn)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(shè)計簡單來說就是根據(jù)所要求運動規(guī)律，對 MCX314 相應(yīng)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(yīng)處理 [34]?；?ARM 的運動控制軟件采用 C 語言編寫，為方便程序開發(fā)，增強程序的通用性，根據(jù) MCX314 硬件結(jié)構(gòu)，編寫了相應(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)來構(gòu)成，控制函數(shù)主要是初始化，工作模式設(shè)定，運動函數(shù)，狀態(tài)讀取等，完成運動控制功能，對于具體的運動，編寫了相應(yīng)的運動函數(shù)，方便了進一步ARM 初始化程序執(zhí)行驅(qū)動程序是否驅(qū)動驅(qū)動器工作執(zhí)行電機工作電機正常運轉(zhuǎn)機械結(jié)構(gòu)工作正常運轉(zhuǎn)開始25的程序開發(fā)；另外根據(jù) MCX314 寄存器的結(jié)構(gòu)，編寫了通用的操作函數(shù)，對寄存器的位作了定義，可以實現(xiàn)對特定位的操作，這些函數(shù)與控制函數(shù)一起使用，方便編程的同時也使得程序更加規(guī)范。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(qū)動脈沖,保證運動控制的可靠性。 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。連續(xù)插補是比較典型和重要的插補方式，它是直線插補→圓弧插補→直線插補→…這樣在每個插補節(jié)點之間不停地驅(qū)動，以下以連續(xù)插補為例介紹運動函數(shù)編寫方法，連續(xù)插補運動函數(shù)流程如圖 41 所示。26第 1節(jié) 點 數(shù) 據(jù) 設(shè) 定發(fā) 出 插 補 命 令發(fā) 生 錯 誤 ？能 寫 下 個 數(shù) 據(jù)R0/D9=1?第 2節(jié) 點 數(shù) 據(jù) 設(shè) 定發(fā) 出 插 補 命 令發(fā) 生 錯 誤 ？能 寫 下 個 數(shù) 據(jù)R0/D9=1?第 3節(jié) 點 數(shù) 據(jù) 設(shè) 定發(fā) 出 插 補 命 令連 續(xù) 插 補 開 始NO YESYES結(jié) 束 插 補錯 誤 處 理NOMCX314初 始 化 、 軸 指 定 、范 圍 設(shè) 定 、 速 度 設(shè) 定開 始圖 41 連續(xù)程序流程 AT91FR40162對MCX314的操作二者之間對應(yīng)的數(shù)據(jù)線和地址線以及控制信號線接好之后，我們可以根據(jù)片選線確定出 MCX314 的基地址。那么它的各個寄存器的地址都是相對于基地址的偏移。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。MCX314 可寫 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 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，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。那么，對 MCX314A 的基本操作就變成了對以上功能函數(shù)的調(diào)用。　串口通信要完成 AT91FR40162 與 PC 機之間的串口通信，需要分別編寫兩端的串口通信程序。二者之間還有一個約定好的通信協(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。ATMEL公司提供的函數(shù)庫里面已經(jīng)包含了對串口操作的函數(shù)，因此我們在寫串口通信程序時，只要把相應(yīng)的頭文件包含進來，就可以直接調(diào)用已經(jīng)封裝好的這些函數(shù)。程序的編寫便簡單了很多。具體的程序流程見圖 42。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。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。那么我們在編寫程序時就需要先導(dǎo)入該控件。然后就可以根據(jù)需要規(guī)劃我們的人機界面和對應(yīng)的代碼實現(xiàn)。 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。29結(jié) 論在本設(shè)計中，我們選用日本 NOVA 電子有限公司研制的 DSP 運動控制專用芯片 MCX314，設(shè)計了以 AT91FR40162 為主控制芯片，以 MCX314 為數(shù)字信號處理芯片輸出電機控制信號的獨立運動控制器。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，在了解了國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)及運動控制器的研究情況后，針對設(shè)計要求制定了使用 MCX314 作為主要信號處理芯片的方案。(2)硬件電路設(shè)計，包括主芯片的接口設(shè)計和控制器與其他設(shè)備的通信接口設(shè)計，完成原理圖設(shè)計和 PCB 板設(shè)計。(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)。 由于時間關(guān)系和個人能力有限，本設(shè)計還有以下工作缺乏完善及需要進一步進行研究的地方：(1) 方案中的軟件設(shè)計需進一步深入。(2) 本設(shè)計所研究的控制器（卡）的通用性和可移植性還需完善。(3) 沒有完成人機交互界面設(shè)計，沒有做出實物出來。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(dāng)然是和老師的教導(dǎo)，同學(xué)的幫助是分不開的。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)計的每個過程中都給予了悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣，但是他們?nèi)匀患?xì)心地糾正圖紙中的錯誤。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)四年來所有的老師，為我們打下電氣專業(yè)知識的基礎(chǔ)；他們在學(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，掌握了科研的方法，也獲得了實踐鍛煉的機會。他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、對我的嚴(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，他們在學(xué)習(xí)、生活中都給予我很大幫助。最后還要感謝我的父母，在我的整個求學(xué)生涯中，他們付出了無數(shù)的汗水，他們的鼓勵、關(guān)懷，他們?yōu)槲宜龅囊磺?，都不能用言語來表達。正是有了他們的支持和鼓勵，此次畢業(yè)設(shè)計才能順利完成。衷心感謝在百忙之中抽出時間審閱本論文的老師們。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，魏仁選