毕业设计(论文)-基于mcx314步进电机运动控制器设计 39页

摘要数控机床在整个现代制造业中处于基础性的、核心的地位。在现代制造系统朝着集成化、综合化和智能化发展的今天，特别是计算机的发展与普及化，深入研究新一代数控技术具有重要的意义。目前，以DSP为代表的高速高性能专用微处理器构成的运动控制器的数控系统成为数控技术的发展方向，运动控制器将成为未来数控系统的核心。在本设计中，我们选用日本NOVA电子有限公司研制的DSP运动控制专用芯片MCX314。MCX314由硬件来实现复杂的运动控制算法，使得编程方便，接口简单，工作可靠，给运动控制带来极大方便，可广泛应用于数控机床、机器人等领域的运动控制。在MCX314的基础上，我们拟定了两种运动控制器的实现方案，并选定基于ARM芯片为主控制器的实现方案，即采用AT91FR40162和MCX314作为主要芯片，实现复杂的运动控制功能。设计完成基于AT91FR40162和MCX314的控制器硬件电路设计；设计了RS232串行接口和CAN总线接口实现与其他设备通信；分析了软件结构特点并完成部分程序编写，主要包含基本的测试操作函数和运动控制函数。关键字：MCX314　　AT91FR40162运动控制器　　35\nTitleDesignofMotionControllerBasedOnMCX314AbstractNumericalcontrolmachineisonthebasicandkernelpositioninthemodernmanufacture.Withthemodernmanufacturesystemintegrated,colligatedandintelligent,especialthecomputertechnologydevelopmentanddissemination,studyingthenewgenerationnumericalcontrolanddynamicscontroltechnologyissignificant.Atpresent,thenumericalcontrolsystemwithmotioncontrollerisbecomingtothenumericalcontroltechniquedevelopmenttide,motioncontrollerwillbetokerneloffuturenumericalcontrolsystem.WeselectDSPdynamicscontrolspecial-purposechipMCX314madeinNOVAelectroncorporationinourdesign.MCX314canrealizethecomplexmotioncontrolallergicwithhardware,soithasadvantageofconvenientprogramming,simpleinterfaceandreliablework.It‘sveryconvenienttomotioncontrolandcanbeappliedtonumericalcontrolmachinetool,robot,etc.BasedonMCX314,wedesigntwoschemeofmotioncontrollerandselecttheschemewhichbaseonARM,AT91FR40162andMCX314aremainchips,thecomplexmotioncontrolfunctioncanberealized.Inourdesign,thehardwarecircuitofcontrollerwascompleted,theRS232interfaceandCANbusinterfaceweredesignedsothatthecontrollercancommunicatewithotherdevice.Thesoftwarestructurefeatureisdiscussedandsomeprogramwasfinished,includingbasictestfunctionandmotioncontrolfunction.keywords:MCX314,AT91FR40162,DynamicsController35\n目次1绪论11.1数控系统的发展11.2开放式数控系统及其研究现状21.3　论文主要工作42运动控制关键技术分析及方案制定52.1运动控制系统52.2步进电机运动控制系统62.3方案的制定72.4MCX314芯片92.5　AT91FR40162芯片介绍132.6　CAN总线技术142.7　本章小结153电路的运动控制器的硬件设计163.1硬件设计163.2电路的抗干扰设计233.3本章小结244软件设计254.1系统工作流程254.2控制程序特点与编写264.3　串口通信284.4本章小结29结论30致谢31参考文献32附录一：总体电路图34附录二：总体电路的PCB图36目次1绪论11.1数控系统的发展135\n1.2开放式数控系统及其研究现状21.3　论文主要工作42运动控制关键技术分析及方案制定52.1运动控制系统52.2步进电机运动控制系统62.3方案的制定72.4MCX314芯片92.5　AT91FR40162芯片介绍132.6　CAN总线技术142.7　本章小结153电路的运动控制器的硬件设计163.1硬件设计163.2电路的抗干扰设计233.3本章小结244软件设计254.1系统工作流程254.2控制程序特点与编写264.3　串口通信294.4本章小结29结论31致谢32参考文献33附录一:电路原理图35附录二:电路PCB图3735\n1绪论制造业是国民经济的基础产业，制造业水平的高低是衡量一个国家工业发达程度的重要标志。大力发展先进的制造技术已成为世界各国最重要的几大技术战略之一，先进制造技术已经是国际竞争与产品革新的一种重要手段。近年来，世界范围内出现了研究应用先进制造技术的浪潮，以机械制造为代表的先进制造技术己成为当代国际间科技竞争的重点，许多国家制定了相应的计划，其中最具代表性的是美国的先进制造技术计划(AMT)、韩国的高级先进技术国家计划、日本的智能制造计划(IMS)和德国制造2000计划等。在我国，先进制造技术的重要性业已引起各界的认识和重视，被列为“九五”计划和2010年中长期科研发展规划中的主要关键技术和重要发展方向[5][6][44]。数控机床在整个现代制造系统中处于基础性的、核心的地位[5]。因此，在现代制造系统朝着集成化、综合化和智能化发展的今天，特别是计算机技术发展与普及化，深入研究新一代数控技术具有重要的意义和实用价值。1.1数控系统的发展数控系统(NumericalControlSystem)是一种控制系统，它能自动完成信息的输入、译码、运算，从而控制机床的运动和加工过程。早期的数控系统采用数字逻辑电路构成。1952年诞生的第一代为电子管式，1959年发展为第二代晶体管式，1965年出现了第三代的小规模集成电路式数控系统。这三代数控系统的所有功能均由硬件实现，所以称为硬件数控系统。这种数控系统没有通用性和灵活性，所以其应用范围受到很大限制，可靠性较低，造价较高。随着计算机技术的发展，1970年出现了通用小型计算机。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，出现了第四代数控系统，即计算机数控(CNC)系统。1974年，微处理器被应用于数控系统后，发展为第五代数控系统，即现代CNC系统。CNC系统特别是现代CNC系统的主要功能，如插补运算、刀具补偿、用户数控程序的预处理、刀具加工轨迹仿真等均由软件实现，所以CNC系统又称为软件数控系统。35\n自从出现了现代CNC系统以后，才从根本上解决了数控系统可靠性低、价格昂贵、应用不便(主要是编程困难)等关键问题。到70年代末80年代初，现代CNC系统进入成熟期，并在工业化国家形成产业化，数控系统及数控机床开始批量生产和投放市场，数控技术在其它领域也得到了普及应用。CNC技术的应用为制造业带来异常深刻的变革，但是，随着现代制造技术的发展，对CNC系统提出了越来越高的要求。从完成功能上看，一方面CNC系统必须适应DNC、CAD/CAM及CIMS的发展，能提供一个可以集成不同开发商提供的软件并适合联网需要的平台；另一方面，随着数控系统在机械制造、冶金、纺织、印刷、军工等行业的应用日益增多，中小批量生产的趋势日益增强，必须根据不同的用户需求，迅速、高效、低成本地构筑面向用户的数控系统。这就要求CNC系统具有模块化和重新配置的特点：从使用的角度看，新型CNC系统应能运用于各种计算机软硬件平台上，并提供统一风格的用户交互环境，以便于用户的操作、维护和更新换代。还应能在普及型个人计算机的操作系统上，简便地应用系统所配置的软件模块和硬件运动控制插件卡；机床制造商和用户能够方便的进行软件开发，追加功能和实现功能的个性化，使CNC系统具有PC的高速分析运算能力，大容量存储功能，各种软件的支撑，图文显示的优势以及联网的灵活性。显然，现代的封闭式结构的CNC系统根本无法满足这些要求。数控系统生产厂商为了保持自己的市场竞争力，必须寻求更好的技术手段，使他们的专用技术能够随着计算机技术的更新换代而顺利的升级，不必为CNC产品换代而自己开发所有的软、硬件功能模块。在这种情况下，基于PC(国外称为PC-BASED)的第六代数控系统——开放式结构数控系统便成应运而生[7][9][16][17]。1.2开放式数控系统及其研究现状进入90年代以来，为了适应时代的要求，世界上一些研究机构和生产厂商先后开展了开放式数控系统的研究。1.2.1开放式数控系统的概念根据IEEE关于开放式系统的定义：能够在多种不同的平台上运行，可以和其他系统的应用互操作，并能给用户提供一种一致风格的交互方式。开放式体系结构普遍采用模块化、层次化的结构，并通过各种形式向外提供统一的应用程序接口，具有可移植性、可扩展性、互操作性和缩放性等特点，即系统组成的内部开放化和系统组成各部件之间的开放化[15][17]。开放式系统具有以下基本特征：（1）开放性。提供标准化环境的基础平台，允许不同功能和不同开发商的软硬件模块介入。35\n（2）可互操作性。通过提供标准化接口、通信和交互机制，使不同的功能模块能与标准的应用程序接口运行于系统平台之上，并获得平等的相互操作能力，协调工作。（3）可移植性。系统的功能软件与设备无关，即应用统一的数据格式、交互模型、控制机理，使构成系统的各个功能模块可来源于不同的开发商提供的硬件平台之上。（4）可扩展性。CNC系统的功能、模块可以灵活设置，方便修改，既可以增加硬件或软件构成功能更强的系统，也可以裁减其功能以适应低端应用。（5）可互换性。不同性能、不同可靠性和不同能力的功能模块可以相互替代，而不影响系统的协调运行。具有上述基本特征的数控系统可以称为开放式数控系统，这种开放式控制系统体系结构并不是现有控制系统体系结构的简单集合，而是在博采众长的基础上，反映控制系统体系结构未来发展的产物，它将引导开放式控制系统产品的发展，并对技术的发展起一定的指导作用。在该体系结构中，提供的是概念性和功能性的结构，而不是系统设施和标准细节的精确定义。1.2.2　开放式数控系统的研究现状国际上与开放性数控的项目相关的项目比较多，早在80年代，为了拟订并推进关于新一代开放式控制系统的详细分析与规范，美国国防部就开始了名为“下一代控制器(NGC)”的计划。目前最具影响力的是分别由欧洲各国、美国及日本进行的OSACA、OMAC、OSE，因而这三个计划的发展现状基本上代表了开放性数控的发展现状。与国际先进水平相比，我国国内的开放式数控系统的研究还处于初级阶段，主要采用在工业PC或普通PC的总线插槽上插入运动控制卡和I/O35\n卡，配以自行开发的控制软件来完成数控系统的基本功能。目前己有的开放性数控系统主要有四种：华中I型、中华I型、航天I型和蓝天I型。控制系统的开放式结构的出现将导致新一代控制器的产生，并成为未来制造业的一大支柱。控制器结构的开放性为数控技术能持续不断地吸收日新月异的计算机硬软件最新成果创造了条件，有利于数控产品自身的更新换代，提高性能，增强竞争力，这正是开放式NC控制器之所以被各发达国家视为重要的战略技术、纷纷投入研究的重要原因。制造业第三次革命的开放式控制系统的研究，为我国数控产业的发展带来了新的契机。我们应该抓住这一大好时机，迅速开展并深化我国的开放性控制系统的研究，缩小我国制造业水平与发达国家之间的差距[18][19][36]。1.3　论文主要工作目前，由于以DSP为代表的高速高性能专用微处理器的出现和PC机的广泛普及，采用运动控制器的数控系统将成为新一代数控技术发展潮流，运动控制器将成为未来数控系统的核心。在本设计中，我们选用日本NOVA电子有限公司研制的DSP运动控制专用芯片MCX314。MCX314由硬件来实现复杂的运动控制算法，使得编程方便，接口简单，工作可靠，给运动控制带来极大方便，可广泛应用于数控机床、机器人等领域的运动控制。基于MCX314运动控制器具有处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好的特点。论文的内容包括：（1）数控技术的研究现状与发展趋势，确定课题方案。（2）AT91FR40162+MCX314运动控制器的硬件设计。（3）运动控制器的测试软件设计，包括一些基本的功能函数和测试例程。（4）总结和后期展望。35\n2运动控制关键技术分析及方案制定2.1运动控制系统运动控制的实质是根据预定的方案，将上位控制系统做出的决策命令变成某种期望的机械运动，以得到确定的位置、速度、加速度或特定的运动形式。一个完整的运动控制系统通常由上位控制器、驱动器、执行电机、机械传动机构和位置检测元件等组成，其结构框图如图2-1所示[26][35]。图2-1　运动控制系统结构框图上位控制器将分析、计算所得出的决策命令以数字脉冲信号或模拟电压信号的形式送到电机驱动器中，驱动器进行功率变换，并驱动伺服电机根据上位指令转动。电机通过传动机构带动机械结构运动，便可以得到预期的运动参数和运动形式。上位控制器通常是运动控制卡、具有运动控制功能的PLC、数控系统(CNC)或单片机系统等。数字化执行电机的受控性能较好，已在运动控制系统中普遍应用，如步进电机或数字式交流伺服电机等。位置检测装置有脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅、磁尺及激光干涉仪等。基于以上对运动控制系统的简要分析，可对其作如下定义：运动控制系统是集机械、电子、计算机技术于一体的软硬件系统，它根据预定的方案，将上位控制系统做出的命令变成某种期望的机械运动，使控制目标得到精确的位置、速度、加速度，或具有特定规律的运动形式。35\n2.2步进电机运动控制系统不管是那一种类型的步进电机，其运动控制系统都是相似的。如图2-2是典型的步进电机开环控制系统结构框图，主要由步进电机运动控制器、步进电机驱动器和步进电机三部分组成[35][39][40]。图2-2　步进电机控制系统原理结构图步进电机驱动器主要包括环形分配器和功率放大器两部分。其中环形分配器又称脉冲分配器，它根据运行指令按一定的逻辑关系分配脉冲，通过功率放大器加到步进电机的各相绕组，使步进电机按一定的方式运行；并实现正、反转控制和定位控制。由于输出的功率极小，只有几毫安电流，而步进电机相绕组一般需要几安至十几安的电流(脉冲电流幅值直接影响步进电机的转矩大小)，所以脉冲分配器不能直接驱动步进电机工作，必须通过功率放大器进行放大，才能给步进电机各相绕组提供足够的电流。此外，步进电机驱动器在相数、通电状态、电压、电流上要符合所控制的步进电机的技术参数要求。步进电机运动控制器则是控制系统的核心部分，它根据控制要求提供给步进电机驱动控制信号，该控制信号包括脉冲信号、脉冲方向信号、控制方式信号。运动控制器提供给步进电机的驱动信号是标准的信号，不论哪种驱动器都接受这样的标准信号，从而为开放式的控制提供了标准接口。这样为步进电机设计的运动控制器就可根据不同的需要与不同的驱动器连接使用。35\n为了控制的方便，步进电机一般可以有两种不同的控制模式可供选择。控制模式就是由控制方式信号来设置的。一种是方向/脉冲模式，在这种控制模式下，脉冲信号控制的是步进电机的运动，脉冲方向信号控制的是步进电机的运动方向(即正、反转)；另一种是脉冲模式，此时这两路信号分别控制步进电机的正转和反转运动，这样对于某些只需要一个方向运动的应用场合，可以省去一路信号，简化设计。2.3方案的制定在本课题的总体方案中，我们首先选定的是日本NOVA电子有限公司研制的DSP运动控制专用芯片MCX314。高集成度MCX314运动控制专用芯片能实现4轴3联动的位置、速度、加速度控制和直线、圆弧、位元3种模式的连续插补和位置闭环控制，其性能优良、接口简单、编程方便、工作可靠，给运动控制带来极大方便。可广泛应用于数控机床、机器人等领域的运动控制[1][13][14]。然后，在MCX314的基础上，我们做了两种方式的运动控制器的研究和探讨。具体来说：第一种方式是做成外置式的独立运动控制器，通常采用微处理器或单片机构成控制系统，这种方法的软，硬件设计相对简单。传统的运动控制装置采用单片机为控制器，由于单片机处理速度较低，计算速度慢，在进行复杂运动控制中，系统的实时性能和可靠性受到制约，控制精度不理想。本方案拟采用ARM7芯片作为核心处理器来控制MCX314，ARM实现与PC机的通信，控制器还包含CAN总线接口来与其他设备通讯。第二种方式是做成PCI总线的控制卡，可以直接嵌入到PC机内部。PC机通过PCI总线来访问和控制MCX314。整个板卡的结构如图2-3所示。图2-3板卡结构图该方案是采用日本NOVA电子有限公司研制的DSP运动控制专用芯片MCX314，基于MCX314做成PCI总线接口的运动控制卡。有了相应的PCI驱动程序,运动控制卡便成为可以让PC机操作系统识别的一部分。35\n主体是PC机通过PCI总线实现对MCX314的控制，中间是一个PCI桥芯片PCI9052。还有输入输出电路和MCX314的基本外围电路。在第二种方案中，由于MCX314是8/16位总线结构，属低端总线，方便与ISA总线连接。而要实现与PC机PCI总线的接口设计，就必须有接口芯片作PCI总线到ISA总线的转换，相当于在PCI总线和ISA总线之间架设了一座桥梁，可以选用PCI9052芯片实现PCI总线与MCX314芯片的接口。由PC机通过PCI总线接口直接对MCX314进行控制，但设计的硬件和软件的复杂性加大，系统的可扩展性和开放性受到限制，系统的响应速度在很大程度上依赖于CPU，受处理器的影响比较大，成本也较高，系统升级较为困难，所以综合考虑本设计选用第一种方案。采用ARM7系列中的AT91FR40162具有以下的好处[21][22][23]：(1)提高控制性能，采用成熟32位的ARM处理器来控制，可以提高系统可测的反映类型和相应的项目。(2)提高系统可靠性，AT91FR40162是一款基于ARM内核的32位RISC构架的处理器，其体积小，低功耗，低成本，性能高，支持Thumb（16位）、ARM（32位）双指令集，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为减少，软件程序大为缩短，均有助提高可靠性[21]。(3)提高系统实时性。(4)降低软件研发成本，软件开发简单，快捷，可以有更少的软件研发人员花更少的时间完成复杂的运动控制编程。因此采用AT91FR40162作为中央处理器，能够提高系统性能，得到更优秀的控制特性，采用运动控制芯片MCX314,由其来完成复杂的运动控制算法，控制器具有精度高，运行稳定，实时性好，抗干扰能力强，性价比高的特点。该控制器包含CAN总线和RS232串行接口来与其他设备通讯。功能更专、成本更低，另可实现基于操作系统的数控系统。加上嵌入式实时操作系统具有实时性、小型化、专用化和高可靠性，从而克服了传统的基于单片机控制系统功能不足。本系统采用的是第一种方案，下面的章节对其作了详细地介绍，这里我们先分别谈一下课题总体方案中的几个重点部分：MCX314芯片，CAN总线，ARM微处理器。35\n2.4MCX314芯片MCX314是一个用于实现4轴运动控制的集成电路。通过这个集成电路可以控制由步进电机驱动器或由脉冲型伺服电机驱动的4轴的位置、速度、和插补。MCX314的所有功能都是由特定的寄存器控制的，例如命令寄存器、数据寄存器、状态寄存器和配置寄存器等[1][13][14]。结构图见图2-4。图2-4　MCX314结构框图2.4.1　MCX314功能分析（1）4轴控制4轴都有着相同的功能能力，并且允许至多3轴联动，对于恒速驱动、线形或S曲线驱动都有着相同的操作方法。（2）脉冲输出MCX314不仅可以输出固定的脉冲数，也可以连续不断地输出脉冲。输出脉冲的模式有两种：一种是脉冲/方向电平模式，另一种是正向脉冲/负向脉冲模式。35\n（3）恒速控制恒速控制功能允许在不同的插补进行改换时保持运动速度不变。在插补驱动中，MCX314可以将2轴同步脉冲输出设置为1.44倍脉冲周期，而将3轴同步脉冲输出设置为1.732倍脉冲周期。（4）速度控制MCX314可以以较小的误差合成在其频率范围内的任何频率。每根单独的轴被独立的预置为S曲线或梯形加/减速。使用S曲线加/减速命令可以使输出脉冲按抛物线规律进行加/减速。除此之外，MCX314还有一套特殊的方法来防止当使用S曲线命令时产生三角形曲线情况的发生。对于恒速驱动、梯形或S曲线加/减速驱动，输出脉冲的频率范围从1Hz到4MHz；而输出脉冲频率的精度（在时钟频率为16MHz时）小于±0.1%。驱动脉冲输出的速度可以在不运行的时候自由改变。（5）位置控制每个轴都有1个32位的逻辑位置计数器和1个32位的实际位置计数器。逻辑位置计数器记录输出的位置脉冲，而实际位置计数器则记录从外部编码器或者线性比例尺中输入的反馈脉冲。（6）比较寄存器和软件限位每个轴都有2个32位比较寄存器，1个为逻辑位置计数器，另外1个为实际位置计数器。比较结果可从状态寄存器读出，也可通过中断报出。这些寄存器也可被用来实现软件限位。（7）直线插补运用MCX314的直线插补，任意选择的2轴或3轴都可以实现线性运动。运动位置边界的坐标界于－8388608～＋8388607之间，同时线性误差为±0.5最小插补单位。插补频率范围为1Hz～4MHz。（8）圆弧插补任意选择2轴都能实现圆弧插补。其边界坐标界于－8388608～＋8388607之间，同时圆弧误差为±1.0最小插补单位。插补频率范围为1Hz～4MHz。（9）位模式插补35\n对任意选择的2轴或3轴，MCX314可以实现位模式插补。这种插补的数据由上位机进行运算。上位机将插补结果写入MCX314，然后MCX314在预置的驱动速度下连续输出插补脉冲。这样，通过使用这种模式，MCX314可以实现各种形状的曲线进行插补。（10）连续插补MCX314允许不同的插补方式连续使用，例如直线插补→圆弧插补→直线插补……不间断的连续插补时允许的最大速度为2MPPS。（11）单步插补MCX314还可以在单步插补情况下输出脉冲，即当所有参数设定完成之后，一旦上位机写入1次单步指令，或者外部输入1个下降沿信号，MCX314将输出1个脉冲。（12）中断信号中断信号可以由几种不同的情况产生，例如：恒速的开始/结束、移动的结束以及由比较寄存器触发等等。在插补运动过程中也可以产生中断信号。（13）由外部信号驱动每个轴的脉冲输出也可以是外部信号驱动的。选择定长脉冲驱动或是连续脉冲驱动由外部管脚控制。这个功能可用于低速运行或是示教，以减轻CPU的负载。（14）输入/输出信号除急停信号、硬件限位信号以外，每个轴都有4个输入信号来实现减速和制动。这些输入信号可以在机械原点附近以及在回零过程中对编码器零信号执行高速查询。每个轴另有8个通用输出点。（15）伺服电机反馈信号每一个轴都包括输入连接管脚。这些管脚用来接收在闭环位置控制中所需要的两相编码信号、伺服报警信号以及到位信号。（16）实时监控在驱动操作的任何一个状态，命令指定的位置、实际位置、驱动速度、加/减速等状态都可以被读出。（17）可用8位或16位数据总线MCX314可以与8位或16位CPU相连。使用不同的设置，进行8位或16位数据操作。2.4.2MCX314工作方式与MCX314的数据交换，主要通过以WR开头的8个写寄存器和以RR开头的8个读寄存器，其中数字相同的寄存器有相同的映射地址。（1）命令寄存器WR035\nMCX314中的这个寄存器主要用来设定命令，包括用于轴设定、命令字以及复位命令的各位。在向此寄存器写入轴设定字和命令字后，它将立即执行。某些命令在写入WR0之前，应先写入WR6和WR7。（2）模式寄存器WR14轴都有各自的状态寄存器。哪个寄存器被写，取决于由NOP指令的指定或写前的情况。WR1可以控制输入信号与中断信号的使能，并用于设定减速状态和比较结果寄存器。（3）模式寄存器WR2WR2被用于设定外部限位开关输入、反馈计数器脉冲类型以及伺服驱动的反馈信号。（4）模式寄存器WR34根轴都有各自的WR3。哪个状态寄存器这会被读，同样取决于已被指定的轴或用NOP指令指定的轴。WR3可用于操作手动减速、单独减速、S曲线加/减速、外部操作模式设定和通用输出的设定。（5）输出寄存器WR4该寄存器用于设定轴的通用输出信号。（6）插补模式寄存器WR5该寄存器被用于指定插补轴，包括直线定速模式、单步插补输出模式和中断请求。（7）数据寄存器WR6/WR7数据寄存器WR6/WR7在操作与数据相关的命令时使用。在将命令字写入WR0之前，应先将数据写入WR6和WR7：WR6用来存放数据的低字，WR7用来存放数据的高字。（8）主状态寄存器RR0该寄存器用来显示轴驱动与错误的状态。此外，它还显示了插补、连续插补的就绪信号、圆弧插补的象限和BP插补的堆栈计数器。（9）状态寄存器RR1每个轴都有状态寄存器RR1。哪个状态寄存器被读取，决定于写入MCX314的命令。它主要显示轴的运动状态和限位信号状态。（10）状态寄存器RR2同RR1，4根轴中每根轴都有自己的状态寄存器2。它主要显示出错的原因。35\n（11）状态寄存器RR3同RR1和RR2，4根轴中的每根轴都有自己的状态寄存器3。它主要显示中断的来源。（12）输入寄存器RR4/RR5RR4和RR5为通用输入寄存器。（13）数据寄存器RR6/RR7RR6和RR7是数据寄存器并对应于相应的数据读取命令。低16位在RR6寄存器；高16位在RR7寄存器。在进行位模式插补的时候，WR2、WR3、WR4、WR5、WR6、WR7、以及RR2、RR3、RR4、RR5、RR6、RR7将作为专用于位模式插补数据寄存器，不再实现原来的功能。2.5　AT91FR40162芯片介绍AT91FR40162是美国ATMEL公司生产的AT91系列微控制器中的一员，具有ARM7TDMI核、大容量Flash存储器以及片内SRAM和外围。这种微控制器的特点是高性能--32位RISC体系结构、高密度--16位指令集、低功耗以及实时性，扩充的Flash存储器还增加了开发者使用的灵活性。除此以外，大量的内部分组寄存器加速了对异常的处理过程，从而使其更适合于实时控制的应用。8级基于向量的优先级中断控制器和外围数据控制器PDC大大增强了实时器件的性能。此器件适用于开发工业自动化系统、MP3、销售终端、GPS接收机以及无线网络产品等对功耗敏感而且要求具有实时性的产品。AT91FR40162微控制器的特点是在一个121-ballBGA封装中集成了256KB的片内SRAM和16Mbit的Flash存储器。它为许多计算密集的嵌入式控制应用领域提供了功能强大、使用灵活而且性价比高的解决方案，同时还可以帮助用户减小PCB尺寸和系统成本。Flash存储器可以通过JTAG/ICE接口或者厂家编写的FlashUploader软件进行编程，从而使AT91FR40162适合于在系统可编程应用[21][22]。2.5.1　体系结构AT91FR40162是由ATMEL公司的AT91R40008ARM/Thumb微控制器和1个AT49BV1604A/1614A16MbitFlash存储器集成的121-ball35\nBGA封装器件。除了Flash存储器使能信号以外的所有地址、数据和控制信号都是内部互连的。AT91R40008体系结构包括2条主要总线：先进的系统总线ASB和先进的外围总线APB。ASB被设计为最佳性能，由存储控制器控制。ARM7TDMI通过ASB与片内32位存储器、外部总线接口EBI和AMBA桥进行接口。AMBA桥驱动APB，APB被设计用于访问片内外围并且进行了低功耗优化。AT91FR40162将ARM7TDMI处理器的ICE端口接到一些专用的引脚上，从而为目标调试提供了完整、低价且易用的调试解决方案[28]。（1）存储器　　AT91FR40162嵌入了256KB的内部SRAM。这个内部存储器是单周期访问的，它直接与32位数据总线相连。这样通过使用微控制器的ARM指令集在66MHz下可以提供60MIPS的最高性能，同时降低了系统功耗。AT91FR40162以拥有1个外部总线接口EBI为特性，它用于连接外部存储器和专用外围设备。EBI支持8或16位器件并且可以使用2个8位器件来仿真1个16位器件。EBI执行早读协议，与标准的存储器接口相比，能够提供更快的存储器访问速度。AT91FR40162嵌入了1个由1024K字16位字组成的Flash存储器，通过EBI可以访问它。Flash的主要功能是作为程序存储器。1条16位的Thumb指令可以在1个访问周期从Flash存储器被加载。分离的MCU和Flash复位输入（NRST和NRSTF）是为了得到最大的系统灵活性，方便用户自由地根据应用选择复位操作。AT91FR40162集成了一个叫AT91FlashUploader的驻留引导软件。AT91FlashUploader软件能够向Flash存储器加载应用软件。（2）外围AT91FR40162集成了多个外围，它们被分成2类：系统外围和用户外围。所有的片内外围都可以通过AMBA桥接受32位的访问。外围寄存器由控制寄存器、模式寄存器、数据寄存器、状态寄存器和使能/禁止/状态寄存器组成。外围数据控制器PDC在片内USART和片内或片外的存储器之间传输数据，并且无需处理器的介入。最重要的一点是，PDC消除了数据传输中断的额外开销，从而在不需要重新编程起始地址的情况下可以连续传输高达64KB的数据。这样不仅增加了微控制器的性能，而且降低了功耗[21][22][23][27]。2.6　CAN总线技术CAN全称为"ControllerArea35\nNetwork"，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一；它是一种多方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测产生的任何错误；能有效支持分布式控制或实时控制的串行通讯网络。CAN总线是一种多主机局域网，由于其卓越性能现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。CAN总线的主要特性：(1)具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点；　　(2)采用双线串行通信方式，检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作；　　(3)具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAN控制器挂到CAN-bus上，形成多主机局部网络；　　(4)可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文；　　(5)可靠的错误处理和检错机制；(6)发送的信息遭到破坏后，可自动重发；　　(7)节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；　　(8)报文不包含源地址或目标地址，标志符来指示功能信息、优先级信息。CAN总线作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场与控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场“采用现场总线来构建集成系统，其网络拓扑结构具有比点-点型连线少，灵活性高，故障率低；比局域网连接方式结构简单，造价底”。2.7　本章小结本章介绍了运动控制相关的关键技术。以日本NOVA电子有限公司研制的DSP运动控制专用芯片MCX314为核心，讨论了两种方案，分析了各自特点，根据设计要求选用ARM7芯片来控制MCX314构成外置式的运动控制器的方案。并对主要芯片作了介绍。35\n3电路的运动控制器的硬件设计该方案选用ATMEL公司的AT91FR40162作为主控制芯片，由它来控制运动控制专用芯片MCX314。再加上外围电路，就构成了整个运动控制器系统。简单的说，整个系统的工作机制就是通过主CPU对MCX314的寄存器的写和读，来完成脉冲输出驱动步进电机以及查询系统的工作状态。整个系统的结构框图如图3-1所示：图3-1　系统整体框图从图中我们可以看出，该系统分为几个模块：电源模块、复位模块、时钟模块、调试接口模块、输入输出通道模块、通信模块等。3.1硬件设计3.1.1　电源模块设计电源为整个系统提供能量，是整个系统工作的基础，具有极其重要的地位，如果电源系统处理得好，整个系统的故障往往能减少一半。在本系统中，MCX314采用5V电源供电，必须将它的7个VDD引脚连接到5V电源[1]35\n。同时在MCX314的VDD和GND之间加放1～2个高频特性好的0.1uF左右的电容。而AT91FR40162内核需要1.8V电压，片内外围要求3.3V的电压。其余外围器件用5V电压。综上，系统共需要三种电源：5V、3.3V、1.8V。为简化设计，采用5V电源供电，然后采用LT1084CT-3.3和LM317得到3.3V和1.8V的电压。具体的电路图如图3-2所示：图3-2电源模块框图3.1.2　时钟电路设计MCX314需要一个16.000MHz的主时钟信号来启动芯片内部的同步电路，驱动速度、加/减速度、加速度/减速度的变化率都根据此频率。对于AT91FR40162来说，如果MCKI引脚由1个外部源提供，那么AT91FR40162则为一个完全静态的设计，并工作于主时钟MCK（66MHz）下。主时钟还在引脚MCKO上作为器件的输出，这个引脚与一个通用I/O线复用。当NRST处于活动状态并且发生复位后，MCKO有效并输出MCK信号的映像。必须编程PIO控制器来使用这个引脚作为标准I/O线[1][21][22]。我们分别选用了16MHz和66MHz的晶振来构建两个主芯片的时钟电路，具体电路实现见图3-3。35\n图3-3时钟模块框图3.1.3　复位模块电路设计微控制器在上电时状态并不确定，则造成微控制器不能正确的工作[10]。为解决这个问题，所有的微控制器都需要有一个复位逻辑，它负责将控制器初始化为某个确定的状态，这个复位逻辑需要一个信号才能工作。微控制器自己上电时会产生复位信号，但是多数控制器需要外部输入这个信号。由于这个信号会使微控制器初始化为某种状态，所以这个信号的稳定性和可靠性对微控制器的正常工作有重大影响。简单的阻容复位电路成本比较低，但它不能保证任何情况产生稳定可靠的复位信号，由于ARM和DSP芯片的高速、低功耗、低电压导致噪声容限低，对电源的纹波、瞬态相应性能、时钟源的稳定性、电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高的要求。本系统复位电路使用了专用芯片MAX706T，提高系统的可靠性。当按下复位按钮时，该芯片输出的低电平同时对MCX314和AT91FR40162进行复位操作。具体的电路如图3-4所示。图3-4复位模块框图35\n3.1.4　调试接口设计调试接口采用ARM公司JTAG仿真调试接口[22][27]。JTAG(JointTestActionGroup联合测试行动小组)是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试。JTAG技术是一种嵌入式调试技术，它在芯片内部封装了专门的测试电路TAP（TestAccessPort，测试访问口），通过专用的JTAG测试工具对内部节点进行测试。目前大多数比较复杂的器件都支持JTAG协议，如ARM、DSP、FPGA器件等。标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO，分别为测试模式选择、测试时钟、测试数据输入和测试数据输出。JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个JTAG链，能实现对各个器件分别测试。JTAG接口还常用于实现ISP（In-SystemProgrammable在系统编程）功能，如对FLASH器件进行编程等。通过JTAG接口，可对芯片内部的所有部件进行访问，因而是开发调试嵌入式系统的一种简洁高效的手段。目前JTAG接口的连接有两种标准，即14针接口和20针接口，本系统采用20针接口。如图所示3-5：图3-5JTAG接口框图35\n3.1.5RS-232串行通信模块设计为了实现控制器与上位计算机的通讯，以便充分利用计算机的强大数据处理功能对控制器进行控制与管理，需要对控制器扩展串口通讯接口电路。AT91X40系列微控制器内部集成了两个完全相同的全双工通用同步/异步收发器（USART）USART0和USART1。USART接到APB并与外围数据控制器PDC连接。由于PC机都带有RS-232C标准的串口，为方便控制器与其进行数据交换，我们使用了SP232ACN进行RS-232电平转换，与USART0连接实现了RS-232C标准串口通信。SP232ACN系列是RS232收发器对便携式或手持式应用如笔记本或掌上型电脑的一种解决方案。SP232ACN芯片功耗低、集成度高，工作电压为3～5.5伏供电，具有两个接收和发送通道。具体的电路如图3-6所示。图3-6RS-232接口框图3.1.6CAN总线接口设计在CAN总线通信接口中，采用FHILIPS公司的SJA1000和82C250芯片。SJA1000是独立CAN通信控制器，82C250为高性能CAN总线收发器。此器件对总线提供差动发送能力，对CAN控制器提供差动接收能力。硬件电路中使用PCA82C250还可以增大通信距离，提高系统的瞬间抗干扰能力，保护总线，降低射频干扰，实现热防护等。SJA1000在电路中是一个总线接口芯片，实现从上位机PC-CAN接口到现场微处理器之间的数据通信。对于微处理器而言，SJA1000是一个总线接口，SJA1000片内的存储单元相对AT91FR4016235\n来说是片外的数据存储器，因此，可以按照扩展片外数据存储器的形式来访问SJA1000的寄存器地址。AT91FR40162通过片选信号选通SJA1000，并由此决定CAN控制器各寄存器的地址，通过读、写外部数据存储器的形式来访问SJA1000。在系统中我们将SJA1000的TX1脚悬空，RX1引脚接地，形成CAN协议所要求的电平逻辑。该电路的主要功能就是通过CAN总线接收来自上位机的数据进行分析组态，然后下传给下位机的控制电路实现控制功能。在进行电路设计时应当注意：为进一步提高系统抗干扰能力，在CAN控制器SJA1000和CAN控制器接口82C250之间加接6N137光电隔离芯片；通信信号传输到导线的端点时会发生反射，反射信号会干扰正常信号的传输，因而总线两端两个124W的电阻对匹配总线阻抗起着相当重要的作用，忽略掉它们，会使数据通信的抗干扰性和可靠性大大降低，甚至无法通信；82C250第8脚与地之间的电阻RS称为斜率电阻，它的取值决定了系统处于高速工作方式还是斜率控制方式[29][38]。把该引脚直接与地相连，系统将处于高速工作方式。在这种方式下，为避免射频干扰，建议使用屏蔽电缆作总线；而在波特率较低、总线较短时，一般采用斜率控制方式，上升和下降的斜率取决于RS的阻值。通常情况下，15KW~200KW为RS较理想的取值范围。在这种方式下，可以使用平行线或双绞线作总线。具体见图3-7。图3-7CAN总线接口框图3.1.7　输入输出电路设计MCX314的输入输出引脚加上信号驱动芯片和光电隔离等，来使整个系统可以更稳定的工作。（1）利用光电耦合进行通道隔离35\n采用光电耦合器可以将运动控制卡与前、后以及其它控制部分切断电路的联系，能有效地防止干扰从过程通道进入运动控制卡。光电隔离的原理如图3-8所示：图3-8光电隔离原理图光电耦合的主要优点是能有效地抑制尖脉冲及各种噪音干扰，从而使过程通道上的信噪比大大提高。光电耦合具有较强的抗干扰能力，这是因为：①光电耦合器的输入阻抗很小，一般为100Ω～1KΩ之间，而干扰源内阻则很大，通常为100K～1000KΩ。因此能分压到光电耦合器输入端的噪声很小；②干扰噪声虽具有较大的电源幅度，但能量很小，只能形成微弱电流，而光电耦合器输入部分的发光二极管是在电流状态下工作，即使有很高电压幅值的干扰，由于不能提供足够的电流而被抑制掉；③光电耦合器是在密闭条件下实现输入回路和输出回路的光耦合，不会受到外界光的干扰；④输入回路与输出回路之间分布电容极小，而且绝缘电阻很大，因此回路一边的干扰很难通过光电耦合器馈送到另一边去。由于光电耦合器具有以上优点，板卡上的输出信号（如脉冲、方向等）和输入信号（如左右限位开关等）都用光电耦合器件进行抗干扰处理。（2）在信号输出通道上信号驱动芯片。本系统选用了ULN2803芯片，它可以使输出电压高达50V，输出电流高达500mA。3.1.8　MCX314和AT91FR40162的总线接口设计图3-9描述了MCX314和AT91FR40162的接口电路图，具体的电路在附录的PROTEL格式SCH原理图中给出。35\n首先是两者之间16根数据线对应相接，因为芯片内部没有用电阻拉高，所以在使用时用高阻抗将数据线拉高到+5V。图3-9主芯片接口电路图MCX314可以采用8/16的数据总线，本设计采用16位的数据总线，MCX314和AT91FR40162的16根数据线对应相接，MCX314芯片的H16L8引脚、TESTN引脚置高，MCX314采用16位数据总线的模式，所以地址线只用到A0、A1、A2，分别与AT91FR40162的地址线A1、A2、A3连接。ARM芯片的读写线和MCX314A的RDN和WRN相连,另外，为处理MCX314硬件中断，应将MCX314的中断引脚INTN置高后与AT91FR40162的中断信号IRQO连接。最后，是MCX314的片选线的连接。AT91FR40162的外部总线接口EBI用于产生访问片外存储器和外部器件的信号。具有8个片选线。其中NCS0～NCS3是低电平有效的片选线，而CS4～CS7是高电平有效的片选线。由于MCX314的片选线是低电平有效，所以选择NCS0～NCS3中一个片选与MCX314连接，即可得出MCX314的首地址。当然也就确定了MCX314的各个寄存器的绝对地址。3.2电路的抗干扰设计系统的抗干扰性能直接影响系统工作的可靠性。一旦系统受到干扰，程序指针发生错误，将会造成程序的执行的混乱或进入死循环，使系统无法正常运行，严重时可能因为软件错误使系统硬件损坏。35\n本系统在硬件和软件两方面采取抗干扰措施。在硬件方面采用隔离和硬件滤波技术：1.电路板上采取空间隔离，在电源输入端加滤波器或去藕电容，以减少沿电源线进入的干扰信号在电源线和地线之间分段跨接去藕电容等。2.用光电隔离器隔离弱电信号，以避免产生误操作。在软件方面上运用“看门狗”技术，采用监视定时器对软件的进行保护。3.3本章小结本章详细介绍了AT91FR40162+MCX314方式的控制器的具体实现方法。分别给出硬件各个模块的设计方法和注意事项。同时简要的介绍了电路抗干扰的措施。35\n4软件设计软件部分的设计可以分为：AT91FR40162与PC机之间的通信、AT91FR40162对MCX314的控制部分的应用程序。4.1系统工作流程ARM初始化程序执行驱动程序是否驱动驱动器工作执行电机工作电机正常运转机械结构工作正常运转系统工作流程如图4-1所示：开始图4-1系统工作流程图在系统上电后，开始执行开发板上固有的初始化程序，如存储器空间的定义，中断的初始化等，接着将开始执行C35\n语言编制的主程序，主程序运行中断，判断是否调用驱动程序，如果不调用则程序再次等待，直到调用开始给驱动器发出电信号。电机运转后，位置检测装置，立刻开始检测电机是否正常运转，如果电机不能正常运转则将信号返回驱动器进行差补处理；如果能够正常工作则直接有电机带动机械结构下一步工作，既而开始机械结构工作的判断，不能正常工作则返回到主程序进行异端处理，如能正常工作则返回驱动器进行下一次的循环。4.2控制程序特点与编写4.2.1程序特点MCX314是基于DSP的运动控制芯片，它的控制过程算法主要由内部硬件完成，基于MCX314芯片的运动控制平台采用的是脉冲形式输出，在整个处理与输出的过程中都采用数字信号，由输出脉冲的频率来控制电机转速；由输出脉冲的多少来控制电机转动量；它通过寄存器与外界进行数据交换实现控制功能，所以控制软件的设计简单来说就是根据所要求运动规律，对MCX314相应的寄存器写入控制命令和参数，同时读出特定寄存器的值得到MCX314的执行情况，检测外部与MCX314的反馈信号并做出相应处理[34]。基于ARM的运动控制软件采用C语言编写，为方便程序开发，增强程序的通用性，根据MCX314硬件结构，编写了相应的MCX314头文件，在其中定义了MCX314的内部资源和一些说明，如寄存器，硬件中断源和一些常量等；程序主要由控制函数来构成，控制函数主要是初始化，工作模式设定，运动函数，状态读取等，完成运动控制功能，对于具体的运动，编写了相应的运动函数，方便了进一步的程序开发；另外根据MCX314寄存器的结构，编写了通用的操作函数，对寄存器的位作了定义，可以实现对特定位的操作，这些函数与控制函数一起使用，方便编程的同时也使得程序更加规范。编程时需注意，CLK=16MHz时，数据写入和读出命令的命令处理时间需要最大为250nSEC，在命令处理中不能写入或读出下一个数据命令，以保证MCX314进行正确的插补运算,输出驱动脉冲,保证运动控制的可靠性。4.2.2程序编写程序流程：控制器主控芯片（AT91FR40162）初始化，包含AT91FR40162自身初始化和对MCX314的初始化设置，之后进行运动控制操作，主控芯片向MCX314发指令和读取MCX314状态信息，MCX314来完成相应脉冲和控制信号的输出，输出信号通过放大隔离后输入到步进电机，从而步进电机就可以带动执行机构完成预期的运动轨迹，同时MCX31435\n检测反馈信号输入，对检测结果做出响应，响应可分为两部分：1直接输出驱动信号控制电机，2改写MCX314相应的寄存器值，这样主控芯片AT91FR40162通过读取MCX314状态寄存器获取反馈信号和MCX314工作状态，由其对检测信号作相应处理。连续插补是比较典型和重要的插补方式，它是直线插补→圆弧插补→直线插补→…这样在每个插补节点之间不停地驱动，以下以连续插补为例介绍运动函数编写方法，连续插补运动函数流程如图4-1所示。图4-1连续程序流程4.2.3AT91FR40162对MCX314的操作二者之间对应的数据线和地址线以及控制信号线接好之后，我们可以根据片选线确定出MCX314的基地址。那么它的各个寄存器的地址都是相对于基地址的偏移。35\n操作MCX314从程序设计的角度来看就是按一定的时序读写其内部的寄存器。MCX314可"写"的寄存器有：命令寄存器WR0，模式寄存器WR1~3，输出寄存器WR4，插补模式寄存器WR5，数据寄存器WR6～7；可"读"的寄存器有：主状态寄存器RR0，状态寄存器RR1～5，数据寄存器RR6～7。根据硬件连接图，我们可以得出MCX314的基地址，也就是WR0和RR0的地址，记为addr，WR1和RR1的地址是addr+2，依此类推，WR7和RR7的地址是addr+0x0e。反复调用下面的outpw函数发送命令、设置参数，inpw函数读取MCX314A状态反馈，完成微控器对MCX314的操作。voidoutpw(intaddr,shortdata){volatileshort*ptr;ptr=(volatileshort*)addr;*ptr=data;}shortinpw(intaddr){volatileshort*ptr;ptr=(volatileshort*)addr;return*ptr;}下面的程序实现MCX314的软件复位。#defineaddr0x82000000//MCX314的基地址#definewr00x0//MCX314A各轴设置与命令寄存器intcount;outpw(addr+wr0,0x8000);//MCX314的软复位命令for(count=0;count<10;count++);//空循环延时，使MCX314完成复位在前面的outpw()和inpw()函数的基础上，编写出一些模块化的功能函数，如range函数设定范围，speed函数设定驱动速度，command函数发送对MCX314A的操作命令等。那么，对MCX314A的基本操作就变成了对以上功能函数的调用。35\n4.3　串口通信要完成AT91FR40162与PC机之间的串口通信，需要分别编写两端的串口通信程序。二者之间还有一个约定好的通信协议。首先是AT91FR40162一端的程序，我们是在英蓓特编译环境下编写。ATMEL公司提供的函数库里面已经包含了对串口操作的函数，因此我们在写串口通信程序时，只要把相应的头文件包含进来，就可以直接调用已经封装好的这些函数。程序的编写便简单了很多。具体的程序流程见图4-2。图4-2程序流程图其次是PC机一端的串口通信程序，我们在VisualC++6.0环境下编写。微软提供的这个开发环境里面，有一个串口通信的控件。那么我们在编写程序时就需要先导入该控件。然后就可以根据需要规划我们的人机界面和对应的代码实现。4.4本章小结本章主要介绍了整个系统的工作流程，并简要介绍了程序的特点，分析了MCX314的插补算法和程序流程，完成部分代码的编写。35\n结论在本设计中，我们选用日本NOVA电子有限公司研制的DSP运动控制专用芯片MCX314，设计了以AT91FR40162为主控制芯片，以MCX314为数字信号处理芯片输出电机控制信号的独立运动控制器。本人主要参与的工作内容及完成的具体情况如下：(1)方案的制定和芯片选择，在了解了国内外数控技术及运动控制器的研究情况后，针对设计要求制定了使用MCX314作为主要信号处理芯片的方案。(2)硬件电路设计，包括主芯片的接口设计和控制器与其他设备的通信接口设计，完成原理图设计和PCB板设计。(3)软件设计，在分析控制程序结构和特点的基础上，编写了系统初始化程序和部分功能函数。由于时间关系和个人能力有限，本设计还有以下工作缺乏完善及需要进一步进行研究的地方：(1)方案中的软件设计需进一步深入。(2)本设计所研究的控制器（卡）的通用性和可移植性还需完善。(3)没有完成人机交互界面设计，没有做出实物出来。35\n致谢毕业设计的这几个月是我大学生活中过的最充实的一段时光，学到了很多东西，当然是和老师的教导，同学的帮助是分不开的。在这里首先要感谢我的指导老师老师和老师。他们平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个过程中都给予了悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是他们仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩他们的专业水平外，他们的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。感谢大学四年来所有的老师，为我们打下电气专业知识的基础；他们在学习和科研方面给了我大量的指导，并为我们提供了良好的科研环境，让我学到了知识，掌握了科研的方法，也获得了实践锻炼的机会。他们严谨的治学态度、对我的严格要求以及为人处世的坦荡使我终身受益。所有老师对我生活的关心和照顾也使得我得以顺利完成本科生的学业。在此祝愿他们身体健康，全家幸福！感谢我的室友们，他们在学习、生活中都给予我很大帮助。最后还要感谢我的父母，在我的整个求学生涯中，他们付出了无数的汗水，他们的鼓励、关怀，他们为我所做的一切，都不能用言语来表达。正是有了他们的支持和鼓励，此次毕业设计才能顺利完成。衷心感谢在百忙之中抽出时间审阅本论文的老师们。35\n参考文献1叶佩青，汪劲松.MCX314运动控制芯片与数控系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，20022林胜.网络化数控技术现状和发展[J].航空制造技术，2003.83陈吉红.浅论我国数控产业[J].湖南工业职业学院学报，20024张俊，魏红根.数控技术发展趋势——智能化数控系统[J].制造技术与机床，20005杨振声.数控技术的发展动向[J].机电信息，2006[6]孙淑媛.数控技术发展趋势的研究[J]，山西电子技术，20026王涛,蔡建国.我国数控系统的现状和展望[J].机械制造，2002.127王晓颖.数控机床信息化发展趋势[J].中国工业报，2003.128GrayJ.Rutledge.ThePCanditsInfluenceonRobotControllers[A].2002IEEEonICRA[C],717-7219俞圣梅.国内外数控技术发展状况[J].北京机床研究所，2003.610张伟兮.微型计算机原理，接口及应用[M].江苏：南京大学出版社，199912张伟.单片机原理及应用[M].北京：机械工业出版社，200213NOVE公司.MCX314InstructionMannual[Z].台湾：NOVE公司，200014TheDataBookofMCX314.NOVA15阳道善，朱志红，陈吉红,等.开放式数控系统软件体系结构研究.机械工艺师2001（4）16郭艳玲，赵万生，董本志,等.数控发展的趋势/开放式体系结构数控系统.东北林业大学学报.2000(9)17周祖德，魏仁选，陈幼平.开放式控制系统的现状，趋势与对策。中国机械工程，1999（10）18林峰，巫少龙.开放式数控系统的现状与发展趋势[J].机械，2003.119赖国亭，吴玉厚，富大伟.开放式数控系统的发展及性能研究[J].机械与电子，2003.220MCX314User’sMannual.PlentyIslandCorporation.Version2.021ATMEL.AT91FR40162AdvanceInformation.2001-1122ATMEL.AT91FR40162Series.2002-0523马忠梅，等.AT91系列ARM核微控制器结构与开发[M].北京：北京航空航天大学出版社，200324董玉红.数控技术[M].北京：高等教育出版社，200425LucaFerrariGianni.HybridModelingandSimulationfortheDesignofanAdvancedIndustrialRobotController[J].IEEERobotics&AutomationMagazine，1997，(4):138-15626欧阳劲松.现场总线国际标准化概况[J].自动化仪表，2004，（3）：1-327KlanNilsson.IntegratedArchitectureforIndustrialRobotProgrammingand35\nControl[J].RoboticsandAutonomousSystems,1999,29(4):205-22628周立功.ARM嵌入式系统系列教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,200529马忠梅,马广云.ARM嵌入式处理器结构与应用基础[M].北京:北京航空航天大学出版社,200230李驹光.基于S3C4510B的系统设计[M].北京:清华大学出版社,200331叶蓓华.数字控制技术[M].北京:清华大学出版社,200232v2.2,PCILocalBusSpecification[S]33李贵山，陈金鹏.PCI局部总线及其应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，200334江思敏,等.Protel99se电路设计教程[M].北京:清华大学出版社,200235BarbaraHoyer-Roth.AnArchitectureforAdaptiveIntelligentSystems[J].ArtificialIntelligence,1995,(4):329-34536章富元，等.对我国数控技术发展的思考.中国机械工程，1999，（10）；1100-1103.37黄建西.控制电机[M].北京:水利电力出版社,199038雷江，等.基于DSP的主从运动控制系统的软件设计[J].机械与电子，2000，（6）：11-1339FMProctor,JSAlbus.Open-architectureControllers[J].IEEESpectrum,1997,(7):60-6440孙志刚，等.基于80C196KC的交流伺服电机控制卡的开发与应用[J].机械与电子，1999，（3）：11-1341富历新，等.基于PC总线的四轴电机运动控制器[J].电气传动，1998，（5）：35-3931李峻，等.步进电机的运动控制系统及其应用[J].微特电机，2000，（2）：37-3936　戴晓华，等.开放式数控系统研究综述[J].组合机床与自动化加工技术，2000，（11）：5-738　朴英锡,等.综观开放式数控系统[J].磨床与磨削，1998，（4）：14-1539　清源计算机工作室.Protel99se原理图与PCB设计[M].北京：机械工业出版社，200140　钱能.C++程序设计教程[M].北京：清华大学出版社，200241　申丽国，等.国外数控技术的研究动向和发展趋势[J].机械工业自动化，1996，（6）：19-2342洪钟洲.开放式数控系统-新一代NC的主流[J].机电一体化，1997，（4）：6-8附录一:电路原理图35\n35\n附录二:电路PCB图35