CAMC—IP二軸運動控制電路的功能特點、結構原理及應用

1、引言

CAMC—IP是韓國AXT公司生產的一款用于二軸運動控制的電路，它利用脈沖輸出改變速度和移動量．可以對步進電機和伺服電機進行精確的位置控制、速度控制和線性，圓弧插補驅動等；它還具有多軸同步功能，可以利用同步協(xié)調控制多個軸；它的中斷功能可提高系統(tǒng)的反應性能。另外，它的輸入，輸出信號均為數(shù)字信號，如果是從模擬傳感器反饋的信號。則需要通過模，數(shù)轉換之后再到達該電路的輸入端。它的數(shù)據總線可以根據實際需要進行選擇．可以是8位或16位。

2、內部結構和引腳功能

圖1是CAMC—IP的功能結構框圖，它包括X軸和Y軸的插補和控制等。該電路內部由主機接口、寄存器組、計數(shù)，比較器、脈沖發(fā)生器等功能模塊組成。其中主機接口主要連接數(shù)據信號和控制信號：脈沖發(fā)生器則作為脈沖的輸出信號源，它的輸出有二種：脈沖和方向、PWM信號和參考時鐘的二分頻脈沖。

圖2示出該電路的引腳排列，它共有。128個引腳，封裝形式為128QFP。表1列出該電路部分引腳的功能。

3、主要功能和特征

（1）電源電壓：+3.3 V；

（2）輸入信號的最高電平：+5 V；

（3）輸出的最高脈沖頻率為4．096 Mp／s；

（4）獨立的2軸驅動：一塊電路可以成功地控制2軸的電機運動，并且功能完全相同；

（5）多種加速/減速控制：每個軸都可以進行S曲線、梯形加速和減速控制，且每個軸加速和減速的速率都可以單獨設置；

（6）插補功能：該電路具有線性插補、圓弧插補和位模式插補功能。其中，2軸線性插補和圓弧插補的坐標范圍都是一2147 483 647~+2 147 483 647，在整個指定的插補范圍內，插補精度是0．5 LSB；

（7）運行模式：支持10種運行模式，分別為連續(xù)運行、信息查詢、零點回歸、脈沖預設置、傳感器檢測、線性插補、圓弧插補、位模式插補和MPG運行模式；

（8）多軸同步：該電路具有同步信號輸入引腳．當要求多個電路以共同的時序進行同步工作時。可以使該引腳連接同一個輸入信號：當沒有同步要求時此引腳可以不工作：

（9）限位停止：它對電機的正向，反向運轉都有獨立停止，減速限制信號，限制停止信號的有效狀態(tài)可以由軟件來設置：

（10）數(shù)據的錯誤判斷：通過設置寄存器，如果數(shù)據中有錯誤或者在電機預執(zhí)行時有錯誤，電機都會立即停止運轉：

（11）過范圍檢測功能：將內部計數(shù)器和外部計數(shù)器的差值范圍寫到過范圍檢測的數(shù)據寄存器中，如果它們之間的差值大于預先設定的范圍，那么電機就應該立即停止或者減速運轉：

（12）循環(huán)計算功能：擁有內部，外部循環(huán)計數(shù)和兩個32位寄存器，用于設定計數(shù)范圍。該功能可以使計數(shù)器在其設定的計數(shù)范圍內無限制循環(huán)計數(shù)；

（13）對減速停止工作模式的增強：當電機正在運轉時．執(zhí)行減速停止命令時可以在減速后使電機停止運轉．或者使電機恒速運轉；

（14）軟件限位的設置功能：根據內部／外部計數(shù)器的值來設定比較數(shù)據，特定的位置可以由軟件來限制：

（15）輸入，輸出信號：每個軸有12個輸入信號用于驅動過程中位移和速度的變化，同時也有12個輸出信號．輸出信號在不同的模式之下具有不同的用途。

4、應用

利用該運動控制電路可以設計出高性能和高精度的運動控制器或者運動控制卡．滿足當前先進制造技術的發(fā)展。一個完整運動控制系統(tǒng)的結構框圖如圖3所示．先將控制命令寫入計算機，計算機就會發(fā)出相應的運動指令給運動控制器，然后運動控制器再將脈沖和方向輸出給控制執(zhí)行機構的驅動器．同時還包括信息的反饋環(huán)節(jié)，構成一個閉環(huán)系統(tǒng)。

運動控制卡的硬件結構框圖如圖4所示。

它利用。PCI總線實現(xiàn)計算機與控制卡之間的信息傳遞，其中PCI采用高度綜合化的局部總線結構，具有高性能和高吞吐量．并且可同時支持多組外圍設備，同時可提供32位或64位數(shù)據寬度。這里，筆者采用32位數(shù)據寬度，可提供最大132 MB／s的數(shù)據傳輸率。另外．以運動控制電路CAMC—IP為核心，每個軸分別由脈沖信號，通用I／O信號及報警、限位等信號來控制。

其中PCI接口模塊利用PCI9052型接口電路來完成．它的主要信號有地址、數(shù)據多路復用的輸入／輸出信號、總線命令和字節(jié)使能多路復用信號、奇偶校驗信號、幀周期信號、主（從）設備準備好信號、停止數(shù)據傳送信號、初始化設備選擇信號、設備選擇信號、數(shù)據奇偶校驗錯誤報告信號、系統(tǒng)錯誤報告信號、時鐘輸入信號、復位信號、中斷信號和鎖定信號。

上位機通過PCI總線把命令寫入運動控制電路，運動控制電路接收到上位機的指令后，給驅動器發(fā)出控制脈沖來完成各種運動控制。其控制過程可以分為指令控制模式過程和運動參數(shù)的讀出過程。首先將緩沖參數(shù)地址寫入運動參數(shù)．接著將緩沖的命令地址寫入寄存器地址，當所有的運動參數(shù)都寫入后就可以寫入開始運動命令．使電路產生脈沖：首先讀出的是運動參數(shù)的地址（也就是寄存器地址）．然后再讀出運動參數(shù)值。

5、結束語

先進制造技術的發(fā)展對機電設備的運動控制提出了新的要求，要求實現(xiàn)高速度和高精度的位置伺服或軌跡跟蹤控制，以獲得控制系統(tǒng)的高精度和高效率．而運動控制電路在其中充當著主要的作用。本文介紹的CAMC—IP是一款功能強大的運動控制電路．具有良好的二軸控制性能及插補功能?？墒拐麄€系統(tǒng)獲得較好的工作性能。

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