基于ARM与DSP的嵌入式运动控制器.docx

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1、基于ARM与DSP的嵌入式运动控制器研制的DSP运动控制专用芯片，它是以单一芯片而可控制4轴的脉冲序列输出驱动伺服电机、步进电机的运动控制芯片，可用于工业自动化设备、工业机器人、测量设备、办公设备和家用电器等。可以进展各轴独立的定位控制、速度控制，另一方面亦可在4轴中任意的选择2轴或者是3轴来进展圆弧、直线、位形式插补。输出脉冲频率高达4MHZ，误差低于0.5最小插补单元，倍率1500。每轴都有伺服反应输入端、四个输入点和8个输出点，能独立地设置为恒速、线性、非对称S曲线加/减控制、非对称梯形加/减控制,并有2个32位的逻辑、实际位置计数器和状态比拟存放器，实现位置的闭环控制。MCX314As

2、运动控制芯片能与8/16位数据总线接口，通过命令、数据和状态等存放器实现4轴3联动的位置、速度、加速度等运动控制和实时监视。采用这种专业级的运动控制芯片，能大大减轻研发算法软件的工作量，加快科研工作的进度，在实际运用时可以把所有极其复杂的实时运动控制工作交给MCX314As芯片来处理，而主机CPU只需要向MCX314As芯片发出一系列的控制指令便能实现各种复杂的运动。2.ARM微处理器S3C2410S3C2410是韩国三星Samsung公司设计的32位RISC嵌入式处理器。该处理器为手持设备和一般性应用提供了一个高性价比、低功耗、高性能的解决方案。该芯片基于ARM920T内核，采用五级流水线和

3、哈佛构造，主频高达200MHz。ARM920T具有全性能的内存治理单元MMUMemoryManagementUnit、独立的16KB指令和数据Cache以及高速AMBA总线接口。为了减少应用系统设计的本钱，S3C2410集成了诸多的常用资源，例如：LCD控制器、NANDFlash控制器、SDRAM控制器、系统片选逻辑以及一些常用的通讯接口等资源,这使它广泛的应用于工业控制领域。3.运动控制器的根本构成3.1硬件系统在开发板S3C2410上设计有系统总线预留接口，预留了S3C2410芯片上的基于通用IO口的信号线，包括16位数据线、12位地址线、片选信号和一些读写控制信号线，以方便用户扩展应用电

4、路。运动控制芯片MCX314As与S3C2410处理器的连接就是通过这个标准的系统总线接口电路，把两者的数据线、地址线、读写控制线、片选信号和中断等信号连接起来。S3C2410与MCX314As的信号连接图如图1所示。由图中可以看到，在那些相互连接的信号线之间都隔着一些写着“SN74ALVC164245的芯片，那是由于S3C2410的I/O引脚的工作电压是3.3V的按道理可以承受5V电压，而MCX314As的工作电压是5V，为保险起见，同时也为了增加信号之间传输的可靠性，我们在两者信号连接时参加了这“SN74ALVC164245的芯片来实现电平的转换，同时驱动信号。另外还需要留意的是，我们使用

5、的是16位数据线的传输，所以MCX314As芯片的H16L8引脚必须接上高电平。3.2软件系统该嵌入式运动控制系统系统进展加工的经过实际上就是从ARM上位机传输数据到MCX314As下位机的经过。其控制流程图如图2所示1加工程序运行开场，首先对MCX314As芯片进展初始化。对MCX314As芯片进展设置初始速度、加速度、减加速度、加速度变化率、正转反转方式、逻辑位置计数器清零、实际位置计数器清零等。2选择需要进展加工的轴，MCX314As芯片有X、Y、Z、U四个轴，都有着一样的功能才能，能实现四轴三联动。3设置所选轴形式和运行参数，包括直线定速形式、单步插补输出形式和中断恳求。4初始化位置计

6、数器，即将数据库中的行号写入此计数器进展减法计算，每处理完一行数据进展减一处理。5进展命令和数据传输，发出数据后对状态存放器进展检查，加工完一段后发出信号然后再发送下一组数据，一直到加工完成为止。在加工经过中一旦出现中断，首先读取各存放器数据进展保存，等待恢复加工后再读写出来。整个数据库文件输出完毕后，保存运行系统完成后的数据信息和系统所处的状态信息，以备下个零件加工，由此加工完毕。4.在XY两轴数控伺服工作台中的应用XY两轴工作台是采用滚珠丝杆和滚动导轨传动的十字工作台X、Y两轴垂直。X、Y两轴两端各有1个限位开关。采用松下沟通伺服电机型号MSMA022A1C，功率200W，额定转速3000

7、r/min，额定转矩0.64Nm驱开工作台运动，电机驱动器采用松下伺服驱动器MSDA023A1A。采用光电编码器作为位置反应器件伺服电机同轴安装11线2500P/r增量编码器图3是该平台的X轴驱动原理图，Y轴驱动与X轴驱动电路一样。图中M为伺服电机，EC是编码器。将伺服驱动器的“控制形式设置为“位置控制，把指令脉冲设置为“CW/CCW方式。S3C2410按流程图操纵MCX314As，设置相应的运动参数，写入功能命令，即可完成对平台的运动轨迹控制。5.结论运动控制系统在工业控制中的应用比拟广泛，MCX314As是高集成度的运动控制专用芯片能实现四轴三联动的位置、速度、加速度控制和直线、圆弧、位元3种形式的连续插补和位置闭环控制。而ARM处理用具有强大的32位RISC性能，体积小、功耗低，是一款高性能的处理器。基于ARM与专业运动控制芯片能大大减轻研发任务，加快研发速度，可以在较短时间内得到控制性能优异的嵌入式运动控制系统。1叶佩青,汪劲松,MCX314运动控制芯片与数控系统的设计,北京航空航天大学出版社,20022余张国,基于ARM和MCX314A的嵌入式运动控制器,微计算机信息,2005,21卷9-2,76-783广州友善之臂科技有限公司.SBC2410X使用手册Version0.9.0