單片機與mpc運動控制模塊組成的三軸運動控制系統(tǒng)方案

1、由單片機和mpc運動控制模塊組成的三軸運動控制系統(tǒng)摘要：以單片機stc 89C 2051和mpc微運動控制模塊為控制系統(tǒng)核心，控制三向步進電機進行運動實驗。單片機向mpc微運動控制模塊發(fā)送指令，模塊信號輸出給步進驅(qū)動器進行高速運動?？梢赃M行定點運動、直線插補和圓弧插補。1 .介紹運動控制的應(yīng)用在國內(nèi)已有十多年的歷史，技術(shù)相當成熟。通常運動控制需要運動控制卡、運動控制器等產(chǎn)品，但這些產(chǎn)品價格昂貴，使用復(fù)雜，不適合單片機組成的控制系統(tǒng)。但是，如果單片機直接用于運動控制，由于運動控制對系統(tǒng)性能的要求非常高，而且單片機的速度資源有限，因此很難設(shè)計出性能優(yōu)良的運動控制模型。有限的。因此，本文采用單片機和

2、專業(yè)的mpc微型運動控制模塊組成運動控制系統(tǒng)。MPC微運動控制模塊采用全新的FPGA設(shè)計，集成了實用的運動控制功能，可以通過與普通單片機的串行通訊控制步進電機和伺服電機。具有以下特點： 串行通訊只需少量指令，簡單可靠。 單個模塊最多可輸出6軸，多模塊組網(wǎng)最多可工作120軸。 最大脈沖輸出頻率為2MHz，脈沖輸出采用脈沖+方向方式。 多達六軸獨立運動控制，任意兩軸線性插補，任意兩軸圓弧插補。 每軸一個硬件回原點。 模塊具有1000級指令緩存深度，指令先進先出。 模塊體積小，僅3.5*2.5*1.5cm，雙排直插30針。2.系統(tǒng)硬件設(shè)計硬件系統(tǒng)由四部分組成：單片機部分單片機和模塊只需要三根線連接，

3、分別作為RXD和TXD進行串口通訊，作為模塊緩存滿后輸出的BUSY信號。 P3.7引出一個按鈕進行測試。mpc微運動控制模塊部分mpc微型運動控制模塊采用5V電源供電，RXD、TXD、BUSY與單片機相連。 X0、X1、X2可作為三通電機的原點信號，P1、D1為1軸的脈沖和方向信號。 P2、D2為2軸的脈沖和方向信號。 P3、D3為3軸的脈沖和方向信號。(3) 原點信號輸入部分原點采用光耦隔離輸入，輸入端可接NPN光電開關(guān)作為原點信號。信號輸出部分輸出采用NPN晶體管極電極的開路輸出，分別接電機驅(qū)動器的脈沖和方向信號輸入端。3.系統(tǒng)軟件設(shè)計MPC微動控制模塊與單片機的串行通信速率為115200

4、bps，數(shù)據(jù)位為8位，停止位為0位，無奇偶校驗。使用該功能前，先設(shè)置好單片機的串口功能，并將要使用的功能原型復(fù)制到當前程序中。測試程序如下：#include /-STC 89 C205 1 -sfr IPH = 0XB7；sfr CCON = 0XD8;sfr CMOD = 0XD9;sfr CL = 0XE9;sfr CH =0XF9;sfr CCAP0L = 0XEA;sfr CCAP0H = 0XFA；sfr CCAPM0 = 0XDA;sfr CCAPM1 = 0XDB;sfr P3M1=0XB1；sfr P3M0=0XB2；sfr P1M1=0X91；sfr P1M0=0X92；sf

5、r WAKE_CLKO= 0X8f；sfr BRT = 0 x9c;sfr AUXR = 0 x8E；sfr AUXR1 = 0 xA2；sfr WDT_CONTR = 0 xc1；sfr T2MOD = 0 xC9；/位忙= P3 2；位 s1 = P37;無效初始（）P3M1 = 0 x00；P3M0 = 0 x80；P1M1 = 0 x00；P1M0 = 0 xf9；無效的init_uart（）PCON &= 0 x7f; /波特率不加倍SCON = 0 x50； /8位數(shù)據(jù)，可變波特率BRT = 0 xFD； /設(shè)置獨立波特率發(fā)生器重載值波特率115200bpsAUXR |= 0 x0

6、4; /獨立波特率發(fā)生器的時鐘為Fosc，即1TAUXR |= 0 x01; /串口1選擇獨立的波特率發(fā)生器作為波特率發(fā)生器AUXR |= 0 x10; /啟動獨立波特率發(fā)生器/*串口發(fā)送一個字節(jié)，需要根據(jù)使用的單片機改變。*/無效 USART_Txbyte（無符號字符 i）SBUF = 我;而（TI =0）； /等待發(fā)送完成TI = 0; /清除串口發(fā)送完成中斷請求標志/*串口接收模塊返回的10字節(jié)數(shù)據(jù)需要根據(jù)使用的單片機做適當?shù)母淖儭?/無效接收（無符號字符 *buf）無符號字符 i;對于(i=0;i10;i+)而（RI=0）； RI=0；bufi=SBUF；/*串口發(fā)送一串數(shù)據(jù)。*/vo

7、id USRAT_transmit(unsigned char *fdata, unsigned char len)無符號字符 i;for(i=0;i24；OutByte7 = 脈沖1 16;OutByte8 = 脈沖1 8；OutByte9 = 脈沖1；OutByte10 = 脈沖2 24;OutByte11 = 脈沖2 16;OutByte12 = 脈沖2 8;OutByte13 = 脈沖2；OutByte14 = 模式；OutByte15 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4+OutByte5 +OutByte6 +OutByte7 +OutBy

8、te8 +OutByte9 +輸出字節(jié)10 +輸出字節(jié)11 + 輸出字節(jié)12 +輸出字節(jié)13 +輸出字節(jié)14；USRAT_transmit(OutByte,16);接收（inbuf）；返回 1；/*函數(shù)名：inp_arc功能：兩軸圓弧插補范圍：卡諾卡號no1參與插補X軸的軸號no2插補所涉及的Y軸的軸號x,y圓弧插值（相對于起點），圓周（-8388608+8388607）i,j圓弧插補中心點的位置（相對于起點），圓周（-8388608+8388607）模式 0：順時針插補 1：逆時針插補返回值：0 失敗1 成功*/unsigned char inp_arc(unsigned char card

9、no ,unsigned char no1,unsigned char no2, long X , long y, long i, long j,unsigned char mode )無符號字符輸出字節(jié)25；無符號字符 inbuf12；輸出字節(jié)0 = 0 x68；輸出字節(jié)1 = 0 x17；OutByte2 = 卡號；輸出字節(jié)3 = 0 x7；OutByte4 = no1;OutByte5 = no2;OutByte6 = X 24;OutByte7 = X 16;OutByte8 = X 8;輸出字節(jié)9 = X ;OutByte10 = y 24;OutByte 11 = y 16;Out

10、Byte 12 = y 8;輸出字節(jié) 13 = y;OutByte 14 = i 24;OutByte 15 = i 16;OutByte 16 = i 8;輸出字節(jié) 17 = i;OutByte 18 = j 24;OutByte 19 = j 16;OutByte 20 = j 8;輸出字節(jié) 21 = j;OutByte 22 = 模式；OutByte 23 = OutByte 1 + OutByte 2 + OutByte 3 + OutByte 4 + OutByte 5 + OutByte 6 + OutByte 7 + OutByte 8 + OutByte 9 +輸出字節(jié) 10

11、+ 輸出字節(jié) 11 + OutByte 12 + OutByte 13 + OutByte 14 + OutByte 15 + OutByte 16 + OutByte 17 + OutByte 18 + OutByte 19 + OutByte 20 + OutByte 21 +輸出字節(jié)22；USRAT_transmit (OutByte, 24); 接收（inbuf）；返回 1；/*函數(shù)名稱：set_speed功能：設(shè)置軸速度范圍：卡諾卡號軸軸號 (1-6)acc 加速時間 (ms)dec 減速時間 (ms)startv 起始頻率 (*100Hz)速度運行頻率（*100Hz）返回值：0 失

12、敗1 成功*/unsigned char set_speed (unsigned char cardno ,unsigned char axis ,unsigned int acc ,unsigned int dec ,unsigned int startv ,unsigned int speed )無符號字符輸出字節(jié)25；無符號字符 inbuf12；輸出字節(jié)0 = 0 x68；輸出字節(jié)1 = 0 xD；OutByte2 = 卡號；輸出字節(jié)3 = 1;OutByte4 = 軸；OutByte5 = acc 8;OutByte6 = acc ;OutByte7 = 十進制 8;OutByte8

13、= 十進制；OutByte9 = startv 8;OutByte10 = startv ;OutByte11 = 速度 8;OutByte12 = 速度；OutByte13 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 +OutByte5 +OutByte6 +OutByte7 +OutByte8 +OutByte9 +輸出字節(jié)10 +輸出字節(jié)11 +輸出字節(jié)12；USRAT_transmit(OutByte,14);接收（inbuf）；返回 1；/*函數(shù)名稱：set_soft_limit功能：設(shè)置軸軟限位范圍：卡諾卡號軸軸號 (1-6)pulse1負限脈沖

14、值，范圍（-83886080）pulse2正限脈沖值，范圍（0+8388607）返回值：0 失敗1 成功*/unsigned char set_soft_limit(unsigned char cardno ,unsigned char 軸 ,unsigned char 模式, long pulse1 , long pulse2 )無符號字符輸出字節(jié)25；無符號字符 inbuf12；輸出字節(jié)0 = 0 x68；輸出字節(jié)1 = 0 xE；OutByte 2 = cardno;輸出字節(jié)3 = 0 x13；OutByte 4 = 軸；OutByte 5 = 模式；OutByte 6 = 脈沖 1 2

15、4；OutByte 7 = 脈沖 1 16；OutByte 8 = 脈沖 1 8；OutByte 9 = 脈沖 1；OutByte 10 = 脈沖2 24；OutByte 11 = 脈沖 2 16；OutByte 12 = 脈沖 2 8；OutByte 13 = 脈沖 2；OutByte 14 = OutByte 1 + OutByte 2 + OutByte 3 + OutByte 4 + OutByte 5 + OutByte 6 + OutByte 7 + OutByte 8 + OutByte 9 +輸出字節(jié) 10 + 輸出字節(jié) 11 +輸出字節(jié) 12 + 輸出字節(jié) 13；USRAT_

16、transmit (OutByte, 15);接收（inbuf）；返回 1；/*函數(shù)名稱：pmove功能：單軸操作范圍：卡諾卡號軸軸號 (1-6)脈沖輸出脈沖0：正方向運動 24；OutByte 6 = pulse 16;OutByte 7 = pulse 8;OutByte 8 = pulse;OutByte 9 = mode;OutByte 10 = OutByte 1 + OutByte 2 + OutByte 3 + OutByte 4 + OutByte 5 + OutByte 6 + OutByte 7 + OutByte 8 + OutByte 9;USRAT_transmit

17、(OutByte, 11);receive (inbuf);return 1;/ *名 名: wait_delay數(shù) ： 等待 延時 數(shù)參數(shù) ：cardno卡號value 延時量（1-10000）MS返回值：0 失敗1 成功*/unsigned char wait_delay(unsigned char cardno ,unsigned int value)無符號字符輸出字節(jié)25；無符號字符 inbuf12；輸出字節(jié)0 = 0 x68；輸出字節(jié)1 = 0 x6；OutByte2 = 卡號；輸出字節(jié)3 = 0 xE；OutByte4 = 值 8;OutByte5 = 值；OutByte6 =Ou

18、tByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 +OutByte5;USRAT_transmit(OutByte,7);接收（inbuf）；返回 1；/*函數(shù)名： set_command_pos功能：設(shè)置軸邏輯位置范圍：卡諾卡號軸軸號 (1-6)脈沖位置脈沖數(shù)，圓周（-268435455+268435455）返回值：0 失敗1 成功*/unsigned char set_command_pos(unsigned char cardno ,unsigned char axis, long value )無符號字符輸出字節(jié)25；無符號字符 inbuf12；輸出字節(jié)0 =

19、0 x68；輸出字節(jié)1 = 0 x9；OutByte2 = 卡號；輸出字節(jié)3 = 0 x12；OutByte4 = 軸；OutByte5 = 值 24;OutByte6 = 值 16;OutByte7 = 值 8;OutByte8 = 值；OutByte9 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 +OutByte5 +OutByte6 +OutByte7 +OutByte8 ;USRAT_transmit(OutByte,10);接收（inbuf）；返回 1；/*函數(shù)名稱：wait_pulse功能：等待軸脈沖數(shù)范圍：卡諾卡號軸軸號 (1-6)脈沖位置脈沖

20、數(shù)，圓周（-268435455+268435455）返回值：0 失敗1 成功*/unsigned char wait_pulse(unsigned char cardno ,unsigned char 軸, long value )無符號字符輸出字節(jié)25；無符號字符 inbuf12；輸出字節(jié)0 = 0 x68；輸出字節(jié)1 = 0 x9；OutByte2 = 卡號；輸出字節(jié)3 = 0 x19；OutByte4 = 軸；OutByte5 = 值 24;OutByte6 = 值 16;OutByte7 = 值 8;OutByte8 = 值；OutByte9 =OutByte1 +OutByte2 +

21、OutByte3 +OutByte4 +OutByte5 +OutByte6 +OutByte7 +OutByte8 ;USRAT_transmit(OutByte,10);接收（inbuf）；返回 1；/*函數(shù)名：write_bit功能：寫輸出端口狀態(tài)范圍：卡諾卡號number 端口號 (0-8) Y0-Y8value state (0,1) 0 輸出低電平 1 輸出高電平返回值：0 失敗1 成功*/unsigned char write_bit(unsigned char cardno, unsigned char number, unsigned char value)無符號字符輸出字節(jié)

22、25；無符號字符 inbuf12；輸出字節(jié)0 = 0 x68；輸出字節(jié)1 = 0 x6；OutByte2 = 卡號；輸出字節(jié)3 = 3 ；OutByte4 = 數(shù)字；OutByte5 = 值；OutByte6 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 +OutByte5 ;USRAT_transmit(OutByte,7);接收（inbuf）；返回 1；/*函數(shù)名稱：突然停止功能：軸停止范圍：卡諾卡號軸停止軸號（1-6）返回值：0 失敗1 成功*/無符號字符突然停止（無符號字符卡號，無符號字符軸）無符號字符輸出字節(jié)25；無符號字符 inbuf12；輸出字節(jié)

23、0 = 0 x68；輸出字節(jié)1 = 0 x5；OutByte2 = 卡號；輸出字節(jié)3 = 0 x17；OutByte4 = 軸；OutByte5 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 ;USRAT_transmit(OutByte,6);接收（inbuf）；返回 1；/*函數(shù)名：wait_in功能：等待輸入端口狀態(tài)范圍：卡諾卡號number 端口號 (0-6) X0-X6值狀態(tài) (0,1) 0 輸入低電平 1 輸入高電平返回值：0 失敗1 成功*/unsigned char wait_in(unsigned char cardno, unsigned

24、char number, unsigned char value)無符號字符輸出字節(jié)25；unsigned char inbuf12;OutByte0 = 0 x68 ;OutByte1 = 0 x6 ;OutByte2 = cardno;OutByte3 = 0 xF ;OutByte4 = number ;OutByte5 = value;OutByte6 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 +OutByte5;USRAT_transmit(OutByte,7);receive(inbuf);return 1;/*函數(shù)名: wait_stop功能

25、：等待軸停止參數(shù)：cardno 卡號axis The axis number that needs to be stoppedreturn value:0 failure 1 success*/unsigned char wait_stop(unsigned char cardno ,unsigned char 軸)無符號字符輸出字節(jié)25；無符號字符 inbuf12；輸出字節(jié)0 = 0 x68；輸出字節(jié)1 = 0 x5；OutByte2 = 卡號；輸出字節(jié)3 = 9 ；OutByte4 = 軸；OutByte5 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4;U

26、SRAT_transmit(OutByte,6);接收（inbuf）；返回 1；/*函數(shù)名：get_number功能：獲取唯一序列號范圍：卡諾卡號返回值：32位序列號*/unsigned long get_number(unsigned char cardno)無符號字符輸出字節(jié)25；無符號字符 inbuf12；輸出字節(jié)0 = 0 x68；輸出字節(jié)1 = 0 x4；OutByte2 = 卡號；輸出字節(jié)3 = 0 xC ;OutByte4 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 ;USRAT_transmit(OutByte,5);接收（inbuf）；返回 (unsigned

27、 long)inbuf424+(unsigned long)inbuf516+(unsigned long)inbuf68+(unsigned long)inbuf7;/*函數(shù)名稱：get_status功能：獲取各軸的工作狀態(tài)范圍：卡諾卡號返回值：8位二進制，1-6位分別代表1-6軸的狀態(tài)，0表示停止，1表示運行。*/unsigned char get_status(unsigned char cardno)無符號字符輸出字節(jié)25；無符號字符 inbuf12；輸出字節(jié)0 = 0 x68；輸出字節(jié)1 = 0 x4；OutByte2 = 卡號；輸出字節(jié)3 = 5 ;OutByte4 =OutByt

28、e1 +OutByte2 +OutByte3 ;USRAT_transmit(OutByte,5);接收（inbuf）；返回 inbuf4；/*函數(shù)名：get_command_pos功能：獲取坐標軸邏輯位置范圍：卡諾卡號軸軸數(shù)返回值：位置脈沖數(shù)，范圍（-268435455+268435455）*/unsigned long get_command_pos(unsigned char cardno, unsigned char axis)無符號字符輸出字節(jié)25；無符號字符 inbuf12；輸出字節(jié)0 = 0 x68；輸出字節(jié)1 = 0 x5；OutByte2 = 卡號；輸出字節(jié)3 = 6 ；OutB