专利名称：基于外围部件互联总线和通用串行总线的多轴运动控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多轴运动控制器，该运动控制器配合计算机使用，可控制多轴伺服电机，主要适用于工业控制，也可用于机器人及数控等技术领域。
背景技术：
目前，基于计算机总线的以数字信号处理器和复杂可编程逻辑器件作为核心处理器的开放式运动控制器因其将计算机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制器的运动轨迹控制能力有机地结合在一起，具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好等优点，因此发展迅速。今后基于计算机标准总线的开放式运动控制器仍然是市场发展的主流。
在目前的开放式运动控制器当中，国外的研究已比较成熟。如美国的Delta Tau公司研制的PMAC运动控制器和RadWell公司研制的Trio运动控制器。他们已被广泛用于数控机床、医疗器械、工业机器人等需要高精度位置控制领域。然而一般价格都比较高，而且技术支持相对较差。在目前国内的运动控制器中，比较成熟的有深圳固高运动控制器。但只基于工业标准构架总线、外围部件互联总线等接口形式，这种板卡易受计算机插槽数量和地址，中断资源的限制。而且也存在一些技术上的不足。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种以数字信号处理器芯片作为处理器，分别基于外围部件互联总线和通用串行总线开发了多轴开放式运动控制器，并采用芯片IX和芯片I作为接口芯片构建计算机-数字信号处理器通讯电路，利用复杂可编程逻辑器件构建两路正交编码信号处理电路并辅助完成译码等功能，同时开发了接口卡负责完成控制卡与外部器件的互联并进行光电隔离和电平转换。
上述的目的通过以下的技术方案实现基于外围部件互联总线和通用串行总线的多轴运动控制器，其组成包括基卡(8)和接口卡(9)，基卡(8)是一块集成电路板，其上有数字信号处理器(IV)、复杂可编程逻辑器件处理电路(VII)、芯片(I)、外部互联总线电路(IX)、数模转换电路(VI)、放大输出电路(2)、接口(3)，接口卡也是一块集成电路，其上有光电隔离电路(X)、电平转换电路(XII)、接口(5)、接口(6)，所述的数字信号处理器(IV)外连两片随机存取存储器，一片作为程序存储器(II)，另一片作为数据存储器(III)，所述的数字信号处理器(IV)连接芯片(V)，所述的芯片(V)再与芯片(VI)连接，所述的芯片(VI)与运算放大电路(2)连接构成电压控制量输出，所述的数字信号处理器(IV)与芯片(I)连接，所述的芯片(I)与通用串行总线接口(1)连接，所述的数字信号处理器(IV)与芯片(VIII)连接，所述的芯片(VIII)再与芯片(IX)连接，所述的芯片(IX)与外围部件互联总线接口(4)连接，所述的复杂可编程逻辑器件处理电路(VII)分别与数字信号处理器(IV)、芯片(I)、芯片(III)、芯片(V)、芯片(VIII)、芯片(IX)、接口(3)相连，所述的接口(3)通过排线(7)与接口(6)相连，所述的接口(6)与芯片(X)相连，所述的芯片(X)与芯片(XII)相连，芯片(X)与芯片(XII)构成反馈回路，所述的芯片(XII)与接口(5)相连，所述的接口(6)与芯片(XI)相连，所述的芯片(XI)与所述的接口(5)相连，芯片(XI)与接口(5)相连构成输出通路。
上述的基于外围部件互联总线和通用串行总线的运动控制器，所述的数字信号处理器(IV)通过所述的芯片(VIII)与芯片(IX)连接，构成具有外围部件互联总线接口电路。
上述的基于外围部件互联总线和通用串行总线的运动控制器，所述的数字信号处理器(IV)与芯片(I)连接，构成具有通用串行总线接口电路。
上述的基于外围部件互联总线和通用串行总线的运动控制器，所述的放大输出电路(2)包括两个运算放大器(LM358)，所述的两个运算放大器(LM358)之间通过电阻(R)连接。
这个技术方案有以下有益效果1.本实用新型设置的光电隔离电路，该电路的功能主要是便于进行运动控制板的调试，维修和运动控制板的保护，抗干扰能力强，能消除毛刺现象。此电路一方面起到了电平隔离作用，另外一方面也使得输出的电平平稳。
2.本实用新型与工业控制计算机或普通微型计算机相连接，同时与微型计算机构成主从式控制结构，实现对直流或交流伺服电机的伺服控制，方便用户安装，其相应配套的底层软件功能比较完善，用户在使用时根据自己的需求进行灵活地重组或进行二次开发，不须重复性地进行许多硬件接口程序开发及各种运动功能的实现等繁杂的工作，从而能把更多的工作重心放在自己所需要的功能环境中，具有一定的灵活性。
3.由于目前一些大公司生产的运动控制器相对比较昂贵，本实用新型与它们的运动控制器相比，相应地要便宜的多，大大地降低了用户生产开发成本。
4.本实用新型是利用微型计算机能方便地完成人机交互界面的管理、控制系统的监测和控制工作；运动控制器则负责伺服电机运动控制的具体细节，能自动完成整个运动过程。本实用新型能实现精确控制，可构成低成本、高精度的动态伺服控制装置。
5.在运动控制器中引入外围部件互联总线及通用串行总线，使运动控制器具有更好的灵活性和更高的实时性。使用了复杂可编程逻辑器件使电路更加简单。该运动控制器具有在对多轴信号处理时采用模块化结构，各轴即可独立控制也可联合控制，增加了系统的灵活性。系统还具有响应速度快、运行稳定、集成度高等特点。
6.计算机-数字信号处理器通讯电路包括外围部件互联总线接口电路和通用串行总线接口电路。在该运动控制器中，主要实现与计算机通讯，对输出的1～4轴的单独或联合的速度和位置的控制。其中有数字信号处理器来实现部分外围部件互联总线和通用串行总线协议和运动控制的算法计算。
7.本产品公开了一种基于外围部件互连总线和通用串行总线的多轴运动控制器，采用了基于计算机总线的以数字信号处理器和复杂可编程逻辑器件为核心处理器的开放式结构，能够实现四轴伺服闭环控制。控制电路采用一片数字信号处理器来实现输出算法运算及外部中断响应，由一片复杂可编程逻辑器件对经光电隔离的两路反馈编码脉冲及外围开关信号进行处理并输出给数字信号处理器。数字信号处理器通过外围部件互联总线接口或通用串行总线接口接受计算机命令并向计算机实时传送轴运行状态；电机的转角由光电编码器测量并经光电隔离反馈给核心处理器构成闭环系统。本运动控制器具有灵活的计算机总线接口，在对多轴信号处理时采用模块化结构。本产品还具有响应速度快、运行稳定、集成度高等特点。
附图1是本产品的结构示意图。
附图2是基卡的电路原理图。
附图3是接口卡的电路原理图。
附图4是放大输出电路(2)、芯片(V)、芯片(VI)的电路原理图。
附图5是接口(3)、电平转换电路(XII)的电路原理图。
附图6是外围部件互联总线接口(4)、芯片(IX)的电路原理图。
附图7是数字信号处理器(IV)、程序存储器(II)、数据存储器(III)芯片(VIII)的电路原理图。
附图8是接口(5)、接口(6)、芯片(XI)的电路原理图。
附图9是复杂可编程逻辑器件处理电路(VII)、芯片(X)的电路原理图。
附图10是芯片(I)与通用串行总线接口(1)的电路原理图。
具体实施方式
实施例1基于外围部件互联总线和通用串行总线的多轴运动控制器，其组成包括基卡8和接口卡9，基卡8是一块集成电路板，其上有数字信号处理器IV、复杂可编程逻辑器件处理电路VII、芯片I、外部互联总线电路IX、数模转换电路VI、放大输出电路2、接口3，接口卡也是一块集成电路，其上有光电隔离电路X、电平转换电路XII、接口5、接口6，所述的数字信号处理器IV外连两片随机存取存储器，一片作为程序存储器II，另一片作为数据存储器III，所述的数字信号处理器IV连接芯片V，所述的芯片V再与芯片VI连接，所述的芯片VI与运算放大电路2连接构成电压控制量输出，所述的数字信号处理器IV与芯片I连接，所述的芯片I与通用串行总线接口1连接，所述的数字信号处理器IV与芯片VIII连接，所述的芯片VIII再与芯片IX连接，所述的芯片IX与外围部件互联总线接口4连接，所述的复杂可编程逻辑器件处理电路VII分别与数字信号处理器IV、芯片I、芯片III、芯片V、芯片VIII、芯片IX、接口3相连，复杂可编程逻辑器件处理电路VII对地址进行译码并对两路编码脉冲进行处理，所述的接口3通过排线7与接口6相连，所述的接口6与芯片X相连，所述的芯片X与芯片XII相连，芯片X与芯片XII构成反馈回路，所述的芯片XII与接口5相连，所述的接口6与芯片XI相连，所述的芯片XI与所述的接口5相连，芯片XI与接口5相连构成输出通路。数字信号处理器IV经过计算，通过数据总线输出电机运动所需的电压控制量，再经数模转换芯片和运算放大电路2处理后送伺服驱动器。
实施例2上述的基于外围部件互联总线和通用串行总线的运动控制器，所述的数字信号处理器IV通过所述的芯片VIII与芯片IX连接，构成具有外围部件互联总线接口电路。
实施例3上述的基于外围部件互联总线和通用串行总线的运动控制器，所述的数字信号处理器IV与芯片I连接，构成具有通用串行总线接口电路。
上述的基于外围部件互联总线和通用串行总线的运动控制器，附图1中所述芯片I型号为ISP-1581、程序存储器II型号为CY7C1021、数据存储器III型号为CY7C1021、数字信号处理器IV型号为DSP2407、芯片V型号为74LS245、芯片VI型号为DAC7625、复杂可编程逻辑器件处理电路VII型号为EPM7128、芯片VIII型号为IDT7132DRAM、芯片IX型号为PCI9052、芯片X型号为6N137、芯片XI型号为TLP521-4、芯片XII型号为AM26LS32.接口3是50帧接头，接头5是25帧驱动器接头，接头6是50帧接头。
实施例4
上述的基于外围部件互联总线和通用串行总线的运动控制器，所述的放大输出电路(2)包括两个运算放大器(LM358)，所述的两个运算放大器(LM358)之间通过电阻(R)连接。
工作过程描述上述的基于外围部件互联总线和通用串行总线的运动控制器，上电后由数字信号处理器进行初始化，这包括数字信号处理器的初始化和接口芯片IX和I的初始化，然后数字信号处理器进入主循环等待计算机命令。计算机在运动控制器接入后，读取它的描述符，再根据描述符对运动控制器配置相应的资源，这样就在计算机与运动控制器之间建立起了连接。然后，计算机通过通用串行总线或外围部件互联总线向数字信号处理器发送经过粗插补的运动速度或位置命令。接到命令后数字信号处理器进入相应的处理程序，把运动命令经过计算后从数据口输出一组数字量，这组数字量再经数模转换放大电路输出给相应的驱动器，同时I/O口输出开关量使能数模转换电路及伺服驱动器。伺服驱动器根据给定的模拟信号及开关去控制伺服电机转动。电机的输出转角通过一个增量式光电编码器测出，然后把测出的两路编码脉冲信号送正交编码脉冲电路。正交编码脉冲电路的功能是把两路正交编码脉冲产生一路方向信号和一路四倍频后的脉冲信号。这些信号进入计数器进行增减计数，以确定电机转过的脉冲数，最后将电机的方向信号和计数器计数值反馈到数字信号处理器芯片。每个轴都有正负限位信号、回零信号和报警信号，四轴共计16个信号，将它们输入到VII，相或后产生中断逻辑接入到数字信号处理器，任一个输入都将引起中断，再由中断函数确定引起中断的具体信号并进行相应处理。数字信号处理器根据计算机命令和反馈的电机运动状态进行计算下一次的输出值。运动控制器是分周期工作的，每一伺服周期采集一次电机运动状态并计算一次输出值，直到运动完成。
权利要求1.一种基于外围部件互联总线和通用串行总线的多轴运动控制器，其组成包括基卡(8)和接口卡(9)，基卡(8)是一块集成电路板，其上有数字信号处理器(IV)、复杂可编程逻辑器件处理电路(VII)、芯片(I)、外部互联总线电路(IX)、数模转换电路(VI)、放大输出电路(2)、接口(3)，接口卡也是一块集成电路，其上有光电隔离电路(X)、电平转换电路(XII)、接口(5)、接口(6)，其特征是所述的数字信号处理器(IV)外连两片随机存取存储器，一片作为程序存储器(II)，另一片作为数据存储器(III)，所述的数字信号处理器(IV)连接芯片(V)，所述的芯片(V)再与芯片(VI)连接，所述的芯片(VI)与运算放大电路(2)连接构成电压控制量输出，所述的数字信号处理器(IV)与芯片(I)连接，所述的芯片(I)与通用串行总线接口(1)连接，所述的数字信号处理器(IV)与芯片(VIII)连接，所述的芯片(VIII)再与芯片(IX)连接，所述的芯片(IX)与外围部件互联总线接口(4)连接，所述的复杂可编程逻辑器件处理电路(VII)分别与数字信号处理器(IV)、芯片(I)、芯片(III)、芯片(V)、芯片(VIII)、芯片(IX)、接口(3)相连，所述的接口(3)通过排线(7)与接口(6)相连，所述的接口(6)与芯片(X)相连，所述的芯片(X)与芯片(XII)相连，芯片(X)与芯片(XII)构成反馈回路，所述的芯片(XII)与接口(5)相连，所述的接口(6)与芯片(XI)相连，所述的芯片(XI)与所述的接口(5)相连，芯片(XI)与接口(5)相连构成输出通路。
2.根据权利要求1所述的基于外围部件互联总线和通用串行总线的多轴运动控制器，其特征是所述的数字信号处理器(IV)通过所述的芯片(VIII)与芯片(IX)连接，构成具有外围部件互联总线接口电路。
3.根据权利要求1或2所述的基于外围部件互联总线和通用串行总线的多轴运动控制器，其特征是所述的数字信号处理器(IV)与芯片(I)连接，构成具有通用串行总线接口电路。
4.根据权利要求1所述的基于外围部件互联总线和通用串行总线的多轴运动控制器，其特征是所述的放大输出电路(2)包括两个运算放大器(LM358)，所述的两个运算放大器(LM358)之间通过电阻(R)连接。
专利摘要基于外围部件互联总线和通用串行总线的多轴运动控制器。目前各种运动控制器还处于单一产品的生产程度，其配套软件功能不完善。本产品采用基于计算机总线的以数字信号处理器和复杂可编程逻辑器件为核心处理器的开放式结构，数字信号处理器IV外连两片随机存取存储器，数字信号处理器IV连接芯片V，芯片V再与芯片VI连接，芯片VI与运算放大电路2连接，数字信号处理器IV与芯片VIII连接，芯片VIII与接口3相连，所述的接口3通过排线7与接口6相连，接口6与芯片X相连，芯片X与芯片XII相连，芯片XII与接口5相连，所述的接口6与芯片XI相连，芯片XI与接口5相连，该产品用于工业控制，也可用于机器人及数控等技术领域。
文档编号G05B19/18GK2935222SQ20062002095
公开日2007年8月15日 申请日期2006年6月1日 优先权日2006年6月1日
发明者许家忠, 贾德利, 程宁波, 肖永强 申请人:哈尔滨理工大学