1 MCX314控制器簡介

　　MCX314控制器是一個能同時控制4個脈沖型伺服電動機驅動器或步進電動機驅動器的運動控制集成電路,它以脈沖串形式輸出,能對伺服電動機或步進電動機驅動的位置、速度和進給進行控制,可進行4軸3聯動,輸出速度范圍為1～4Mpp s,精度低于011%pps,倍率1～500。MCX314的所有功能都是由特定的寄存器控制的,如命令寄存器、數據寄存器、狀態寄存器和配置寄存器。

　　1)MCX314控制器由相同功能的X、Y、Z和U軸的控制部分和插補計數部分組成

　　2)MCX314控制器的數據交換主要通過以WR開頭的8個寫寄存器和以RR開頭的8個讀寄存器進行的,其中數字相同的寄存器有相同的映射地址。

　　3)MCX314控制器有定長脈沖輸出模式和連續脈沖輸出模式,其由主機CPU來設定,改變設置狀態可實現線性加/減速,恒速或者是S曲線加/減速變化。

　　4)MCX314控制器的插補方式取決于CPU置寄存器WR的狀態,可實現2軸或3軸的直線插補、圓弧插補和位模式插補。插補時的走步計算、過象限判斷、終點判定、速度變化都是根據CPU給定數據后,MCX314控制器在工作過程中自動計算完成的。

　　5)MCX314控制器有144個管腳,QEP封裝,電源電壓極限值為- 013～710V,輸入電流可達到±10mA,正常工作電壓為4175V。芯片輸入高電平可以高達22V,低電平最高為018V,時鐘周期最小6215ns,輸出脈沖頻率達4MHz,輸入/輸出信號電平為CMOS或TTL。

2　數控系統硬件設計

　　現以經濟型數控銑床系統為例,采用步進電動機工作。電動機控制脈沖由MCX314產生,經差分輸出驅動器產生差分輸出信號,可有效克服步進電動機的低頻震蕩,實現復雜零件的高精度加工(三個方向的脈沖當量均為01001mm)。

　　1)數控系統的核心部分是MCX314運動控制器。它完成了系統的大部分運動控制功能,其性能直接影響系統的整體性能。當MCX314控制器從CPU得到基本數據(如直線的起點和終點;圓弧的圓心、起點、終點,進給的速度,刀具參數等) ,開始工作時自動在輪廓起點和終點之間計算出若干中間點,將工件輪廓描述出來,并為系統提供運動控制脈沖控制系統的驅動速度、運動軌跡,從而實現直線插補、圓弧插補和位模式插補等功能。結合各種插補,機床可以加工任意形狀的零件。主CPU采用單片機8032,其主要完成鍵盤控制,顯示控制,外圍編程器件PSD913F2控制等功能。

　　MCX314控制器的時鐘頻率由外部提供,采用默認的16MHz,片選信號和低位地址A0～A3由PSD913F2產生,數據線和讀/寫信號直接受8032單片機相應的數據線和讀/寫信號控制,中斷信號觸發8032單片機的外部中斷端。MCX314控制器、8032單片機、PSD913F2能提供32個通用輸入端, 32個通用輸出端和13個可編程通用輸入端/通用輸出端。這些端口用于S、M、T等機床控制的功能和各種反饋輸入信號。

　　2)單片機8032發送命令和數據,MCX314控制器接受到命令后,輸出相應的脈沖串控制步進電動機進行工作,根據給定數據進行速度調節。如直線的加/減速, S曲線的加/減速等。由功能指令和起點及終點位置進行2軸或3軸的直線插補、圓弧插補和位模式插補。

　　3)MCX314控制器與步進電動機的接口電路,采用光電隔離和RC濾波器構成。

MCX314控制器的脈沖輸出功能是通過寄存器設置或通過外部命令來實現的。有兩個脈沖輸出模式可用于外部控制管腳:一個是固定脈沖輸出模式,另一個是連續脈沖輸出模式。如在固定脈沖驅動期間,允許輸入信號指定的脈沖將被輸出。當連續脈沖輸出驅動被激活時,驅動脈沖將在低信號內連續輸出。

　　輸出脈沖有兩種形式:一種是正、負脈沖形式,另一種是脈沖方向形式。輸出脈沖定義: np + P、np +N、np -P、np - N。脈沖輸出形式的缺省設置是正、負形式,使用時可通過寫特定的命令寄存器使輸出模式變成脈沖方向形式。

　　4)位置控制與軟件限位。在MCX314芯片內,每軸都有一個邏輯位置計數器,一個實際位置計數器,兩個32位的比較寄存器(CMP +和CMP - )。在本系統中,分別把CMP +、CMP - 的值設置成邏輯計數器某個范圍的上限和下限,當邏輯計數器的值超此范圍時,引起中斷響應,停止進給,達到軟件限位的目的。硬件采用光電隔離器和RC濾波器,信號加至MCX314的nLMTP端作為超程限位來保護系統。

3 系統軟件設計

　　1)系統運動控制和輸入/輸出的功能對MCX314的依賴性較強,圍繞MCX314的初始化、速度控制、直線插補、圓弧插補、輸入/輸出和中斷信號處理等詳細的函數描寫是在Windows的環境下用C語言寫成的。現以MCX314初始化函數為例。

　　2)具體的實時控制程序和數據處理過程描述采用匯編語言。G00、G01、G02 (G03)、插補功能、位置控制、螺紋插補、加/減速處理模塊等功能主要基于MCX314芯片來完成。由于采用了MCX314,大部分與運動控制相關的軟件模塊都得以簡化。如圓弧插補功能實現,系統根據指令的位置和速度,只要向MCX314相應的控制模塊中將預定的控制命令和參數寫入寄存器即可,非常簡單和方便。

4　結語

　　采用MCX314控制器的數控機床的速度、性能得到了很大的提高,而且成本低、效率高,三軸聯動的進給速度可達到4m /min (脈沖當量01001mm) ,插補精度低于015脈沖當量值。外圍電路采用可編程邏輯器件,提高了接口電路的靈活性和可靠性,抗干擾性能完全滿足在工廠的特殊和復雜環境下正常工作。該控制系統通過嚴格測試,在實際工作中應用情況完全達到設計要求,取得了很好的成效。