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內容簡介

　?。CX314是日本NOVA電子有限公司研制的DSP運動控制專用芯片，性能優(yōu)良、接口簡單、編程方便、工作可靠，可廣泛應用于數(shù)控機床、機器人等領域的運動控制。芯片能與8位或16位數(shù)據(jù)總線接口，通過命令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)等寄存器實現(xiàn)4軸3聯(lián)動的位置、速度、加速度等的運動控制和實時監(jiān)控，實現(xiàn)直線、圓弧、位元3種模式的軌跡插補，輸出脈沖頻率達4MHz。每軸都有伺服反饋輸入端、4個輸入點和8個輸出點，能獨立地設置為恒速、線性或S曲線加/減速控制方式，并有2個32位的邏輯、實際位置計數(shù)器和狀態(tài)比較寄存器，實現(xiàn)位置的閉環(huán)控制。本書詳細介紹了MCX314的控制原理，它與MCS51、PC機ISA、PCI總線等的接口電路，用匯編和C語言實現(xiàn)的控制軟件和相關技術，以及基于它設計的機床數(shù)控系統(tǒng)的軟、硬件方法。本書內容詳實，通俗易懂，書中所有電路和軟件例程都通過測試。本書適于從事數(shù)控系統(tǒng)和運動控制開發(fā)的技術人員閱讀。＇隨著微計算機.集成電路.傳感器.功率電子等技術的迅速發(fā)展，運動控制技術在工業(yè).辦公和家庭等自動化方面日益得到廣泛應用，控制形式也由以機械提供動力驅動的簡單啟?？刂?，發(fā)展到對其位置.速度.加速度.轉矩等的精確控制，原先的"電機拖動"."電氣傳動"已經(jīng)發(fā)展到"運動控制"的新階段.電機伺服驅動系統(tǒng)主要由伺服電機.功率放大器.位置和速度檢測傳感器.控制電路等構成.控制電路產(chǎn)生的弱電信號經(jīng)過功率放大，？歐緇？，并將位置.速度等信號反饋給控制電路實現(xiàn)閉環(huán)控制.驅動部分已經(jīng)由分立器件.單元電路，向專用智能功率驅動模塊發(fā)展.運動控制部分目前主要通過單片機或計算機實現(xiàn)控制.這種傳統(tǒng)的實現(xiàn)方法，集成度低，電路復雜，軟.硬件研制周期長，產(chǎn)品一致性差，嚴重影響系統(tǒng)的性能和可靠性.高集成度MCX314運動控制專用芯片能實現(xiàn)4軸3聯(lián)運動的位置.速度.加速度控制和直線.圓弧.位元3種模式的連續(xù)插補和位置環(huán)閉環(huán)控制，其性能優(yōu)良.接口簡單.編程方便.工作可靠，給運動控制帶來極大方便.數(shù)控機床既是高新技術產(chǎn)業(yè)不可缺少的基礎裝備，又是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代的重要手段，對解決復雜零件的加工制造，提高產(chǎn)品加工效率和質量，增強企業(yè)競爭能力意義重大.數(shù)控機床是裝備國防.航空.航天等工業(yè)的核心，被視為戰(zhàn)略物資和戰(zhàn)備性工業(yè)受到高度重視，而包括位置.速度.加速度.軌跡控制在內的運動控制又是數(shù)控技術的關鍵，直接決定了工件加工的精度.光潔度和效率.本書共8章：第1～3章介紹了MCX314芯片的管腳定義.控制功能.電氣和機械等相關技術參數(shù)，第4章闡述了命令.狀態(tài).輸入.輸出等控制寄存器的功能和操作，第5章解釋了指令系統(tǒng)，給出了加速度.減速度.速度.輸出脈沖數(shù)/插補結束點等數(shù)據(jù)的設定，介紹了當前邏輯和實際位置.速度.加/減速度等狀態(tài)的讀取和直線.圓弧.BP等插補命令的啟動方法，第6～8章對MCX314與PC-ISA.PC-PCI.MCS51.68000等的總線和CPU接口及位置控制.通用輸入/輸出.位置反饋等信號的接口進行了詳細設計，利用C和匯編語言設計了相應的軟件驅動函數(shù)，并分別設計了TR008型和TR003型機床控制系統(tǒng)，探討了數(shù)控系統(tǒng)的功能.結構以及軟件.硬件設計的方法和技巧.本書內容立足于工程應用，附有大量的電路和軟件例程，并通過測試和試驗，已經(jīng)用于科研和工程實踐中，同時還基于MCX314開發(fā)了與MCS51CPU接口的仿真控制實驗卡.與PCISA總線接口的運動控制實驗卡，可供讀者在解決類似問題時參考和實驗.其中大量工作是與課題組老師.研究生共同完成的，如段廣洪.王立平.張輝.尹文生.鄭浩峻.李鐵民.唐曉強等老師和胡波.趙海軍.趙慎良.王慧等研究生.日本NOVA電子公司為本書的編寫提供了很多技術資料，北京航空航天大學的何立民教授給本書提出了許多寶貴的意見，在此一并表示誠摯的感謝.由于編者水平有限，書中錯誤和不妥之處，懇請讀者批評指正.本書得到國家863先進制造與自動化技術領域，機器人技術主題8634022001AA423260項目的支持.

作者簡介

暫缺《MCX314運動控制芯片與數(shù)控系統(tǒng)設計》作者簡介

圖書目錄

第1章　概述
1.1 MCX314功能分析(1)
1.2 MCX314工作方式分析(4)
1.3 MCX314芯片管腳定義(5)

第2章　 MCX314功能和相關技術參數(shù)
2.1 脈沖輸出命令(10)
2.1.1 定長脈沖輸出驅動(10)
2.1.2 連續(xù)脈沖驅動輸出(11)
2.2 速度曲線(12)
2.2.1 恒速驅動(12)
2.2.2 線性加/減速驅動(12)
2.2.3 S曲線方式加/減驅動(13)
2.2.4 脈沖寬度和速度的精度(17)
2.3 位置管理(18)
2.3.1 邏輯位置計數(shù)器和實際位置計數(shù)器(19)
2.3.2 比較寄存器和軟件極限(software limit)(19)
2.4 插補(20)
2.4.1 2軸或3軸的直線插補(20)
2.4.2 圓弧插補(22)
2.4.3 位模式插補(25)
2.4.4 恒定線速度(30)
2.4.5 連續(xù)插補(31)
2.4.6 插補的加/減速控制(34)
2.4.7 單步插補(36)
2.5 中斷(37)
2.6 其他功能(39)
2.6.1 由外部脈沖進行驅動(39)
2.6.2 脈沖輸出類型選擇(40)
2.6.3 輸入脈沖的類型選擇(40)
2.6.4 硬件限位信號(41)
2.6.5 伺服電機驅動器接口(41)
2.6.6 緊急停止(41)
2.6.7 狀態(tài)輸出(41)
2.6.8 通用輸出(42)

第3章　 MCX314芯片電氣和機械特性
3.1 直流特性(43)
3.2 交流特性(44)
3.2.1 時鐘信號(44)
3.2.2 讀/寫周期(45)
3.2.3 BUSYN信號(46)
3.2.4 SCLK/同步輸出信號(46)
3.2.5 反饋輸入脈沖(46)
3.2.6 通用輸入/輸出信號(47)
3.3 輸入信號/輸出信號的同步(48)
3.3.1 通電重置(48)
3.3.2 定長脈沖或連續(xù)驅動(48)
3.3.3 插補(49)
3.3.4 保持命令后開始驅動(49)
3.3.5 急停（立即停止）(49)
3.3.6 減速停止(50)
3.4 機械特性(50)
3.5 性能指標(51)
3.5.1 插補功能(51)
3.5.2 軸的共同說明(51)
3.5.3 編碼器輸入脈沖(52)
3.5.4 通用輸出信號(52)

第4章　MCX314控制寄存器
4.1 16 位數(shù)據(jù)總線的寄存器地址映射(53)
4.2 8 位數(shù)據(jù)總線的寄存器地址映射(54)
4.3 命令寄存器：WR0(56)
4.4 模式寄存器1：WR1(56)
4.5 模式寄存器2：WR2(57)
4.6 模式寄存器3：WR3(59)
4.7 輸出寄存器：WR4(60)
4.8 插補模式寄存器：WR5(60)
4.9 數(shù)據(jù)寄存器：WR6/WR7(62)
4.10 主狀態(tài)寄存器：RR0(62)
4.11 狀態(tài)寄存器1：RR1(63)
4.12 狀態(tài)寄存器2：RR2(65)
4.13 狀態(tài)寄存器3：RR3(65)
4.14 輸入寄存器：RR4/RR5(66)
4.15 數(shù)據(jù)寄存器：RR6/RR7(67)

第5章　 MCX314指令系統(tǒng)解釋與分析
5.1 寫數(shù)據(jù)命令(70)
5.1.1 量程設定(70)
5.1.2 S曲線加速度變化率設定(70)
5.1.3 加速度設定(71)
5.1.4 減速度設定(71)
5.1.5 初始速度設定(72)
5.1.6 驅動速度設定(72)
5.1.7 輸出脈沖數(shù)/插補結束點命令(72)
5.1.8 手動減速點設定(73)
5.1.9 圓心設定(73)
5.1.10 邏輯位置計數(shù)器設定(73)
5.1.11 實際位置計數(shù)器設定(73)
5.1.12 COMP+寄存器設定(74)
5.1.13 COMP-寄存器設定(74)
5.1.14 加速度計數(shù)器進位設定(74)
5.1.15 NOP(用作軸切換)(74)
5.2 讀取數(shù)據(jù)命令(75)
5.2.1 讀取邏輯位置計數(shù)器的值(75)
5.22 讀取實際位置計數(shù)器的值(75)
5.2.3 讀取當前驅動速度(75)
5.2.4 讀取當前加/減速度(76)
5.3 驅動命令(76)
5.3.1 正方向定長脈沖驅動(76)
5.3.2 負方向定長脈沖驅動(76)
5.3.3 正方向連續(xù)驅動(77)
5.3.4 負方向連續(xù)驅動(77)
5.3.5 暫停(77)
5.3.6 暫停禁止和開始運行/清除停止狀態(tài)(78)
5.3.7 減速至停止(78)
5.3.8 快速停止（即停）(78)
5.4 插補命令(78)
5.4.1 2軸直線插補(79)
5.4.2 3軸直線插補(79)
5.4.3 順時針圓弧插補(79)
5.4.4 逆時針圓弧插補(79)
5.4.5 2軸離散點（BP）插補(80)
5.4.6 3軸離散點（BP）插補(80)
5.4.7 啟動BP寄存器(80)
5.4.8 禁止BP寄存器(81)
5.4.9 把數(shù)據(jù)從BP寄存器壓入BP堆棧(81)
5.4.10 清除BP數(shù)據(jù)(81)
5.4.11 單步插補(81)
5.4.12 允許減速模式(81)
5.4.11 禁止減速模式(82)
5.4.14 清除插補中斷(82)

第6章　硬件接口設計例程
6.1 MCX314與PC-ISA BUS的接口設計(83)
6.1.1 ISA總線信號描述及其功能模塊接口(84)
6.1.2 輸入/輸出口基地址設置和讀/寫寄存器(85)
6.1.3輸入/輸出接口(88)
6.1.4PCISA中斷設置(90)
6.1.5輸入/輸出信號的時序(90)
6.2 MCX314與PC-PCI BUS的接口設計(93)
6.2.1 PCPCI BUS概述(93)
6.2.2 基于PCI總線的接口電路設計與編程(95)
6.3 MCX314與MCS51 CPU的接口設計(101)
6.4 MCX314與Z80 CPU的接口設計(103)
6.5 MCX314與68000 CPU的接口設計(104)
6.6 信號驅動接口(105)
6.7 驅動脈沖輸出類型與接口(105)
6.7.1 輸出脈沖定義(nP+P. nP+N. nP-P. nP-N)
6.7.2 伺服驅動器的通用輸入(nINPOS. nALARM)
6.7.3 外部脈沖控制輸入(nEXOP+. nEXOP-)(106)
6.8 與限位開關或者傳感器通用信號接口(107)
6.8.1 通用輸出(nOUT7～nOUT4)(107)
6.8.2 超程限位開關輸入(nLMT+. nLMT-)(108)
6.8.3 減速停止/立即停止開關輸入(nIN1. nIN2. nIN3)(108)
6.8.4 急停輸入(EMG)(108)
6.9 編碼器信號的接口(109)

第7章　軟件接口設計例程
7.1 C語言接口設計(110)
7.1.1 初始化設置函數(shù)(110)
7.1.2 加/減速規(guī)律設置函數(shù)(126)
7.1.3 直線插補驅動函數(shù)(137)
7.1.4 圓弧插補驅動函數(shù)(143)
7.1.5 位插補驅動函數(shù)(146)
7.1.6 反饋位置信號的輸入函數(shù)(157)
7.1.7 輸入信號的輸入函數(shù)(159)
7.1.8 輸出信號的驅動函數(shù)(160)
7.1.9 中斷信號驅動函數(shù)(163)
7.2 MCS51 CPU的匯編語言接口設計(164)
7.2.1 功能實現(xiàn)方式(165)
7.2.2 MCS51與 MCX314接口函數(shù)例程(169)

第8章　基于 MCX314的數(shù)控系統(tǒng)設計
8.1 TR008數(shù)控系統(tǒng)的主要功能組織與結構(176)
8.2 TR008數(shù)控系統(tǒng)硬件設計(178)
8.3 TR008數(shù)控系統(tǒng)軟件設計(179)
8.3.1 軟件基礎(179)
8.3.2 直線插補(179)
8.3.3 圓弧插補(183)
8.3.4 螺紋插補(185)
8.3.5 位模式插補(186)
8.3.6 輸入/輸出(188)
8.3.7 其他功能(189)

附錄
附錄1　 MCX314的MCS51平臺仿真開發(fā)套件(190)
附錄2　 MCX314的PC平臺仿真開發(fā)套件(191)

參考文獻