摘要:以CH365型PCI总线接口和MCX314As型运动控制器为核心硬件,自主研发了基于运动控制器的PCI总线运动控制卡。该控制卡能够实现4轴位置、速度和S曲线的加减速控制,具有直线、圆弧、位模式插补功能及自动原位搜寻功能,同时具有4路信号输入和8路通用输出。
关键词:运动控制卡;PCI总线;MCX314As;CH365
1 引言
随着现代科技的发展,数控技术的发展趋势是开放式数控。开放式数控系统具有即插即用、可移植性、可扩展性和可互操作性特点。PC—NC是目前比较实用的一种开放式数控系统模式,PC—NC可归纳为3种:PC板插入到NC装置中;软件NC;NC板插入到PC中。其中,第一种方案保留原有的数控系统不变,插入的PC板主要承担人一机界面、编程和通信等功能,用以提高系统开放性。此方案为目前主流数控系统厂商采用控制工程网版权所有,可靠性较高但开放性有限。第二种方案的实时性对PC的CPU要求很高。第三种方案是在PC硬件平台和操作系统的基础上,采用自主开发或购买的运动控制卡来实现数控机床所需的全部功能。其中PC进
文中给出了基于第三种方案的运动控制卡设计方案,采用CH365型PCI总线接口和MCX314As型运动控制器作为核心硬件CONTROL ENGINEERING China版权所有,实现运动控制卡的4轴位置、速度、S曲线的加减速控制;直线、圆弧、位模式插补功能:自动原位搜寻功能以及4路信号输入和8路通用输出。与其他控制卡相比,其位模式插补功能、自动原位搜寻功能及电子齿轮设计最有特色。
2 PCI总线接口电路
目前控制工程网版权所有,计算机总线技术已由ISA总线发展到PCI总线,PCI的含义是周边元件互连(peripheral component interconnect)。PCI局部总线是一种高性能的32位/64位地址/数据复用总线,总线时钟频率高达33MHz/66MHz,同步控制,猝发传送时数据传递速率高达132MB/s(32位)或264MB/s(64位)[1]。
实现PCI接口的方法有二种:使用复杂可编程逻辑器件或现场可编程门阵列(如CPLD/FPGA)和使用专用电路(如PCI9052和CH365等)。采用CPLD/FPGA实现PCI接口虽然灵活性高且性能较好,但其IP核的价格较高,而采用专用电路固然灵活性较差,但不影响其使用性能控制工程网版权所有,尤其是可以利用器件生产厂商提供的配套工具,大大简化设计和缩短开发周期,从而降低开发成本。
目前市场上有多种PCI接口电路.国外的如PLX公司的:PCI90系列,Altera公司的eplok,AMCC公司的S5933等,这些接口电路的性能好、适应对象较广,但价格较昂贵。南京沁恒公司推出一款CH365型PCI接口电路,该器件性能完全满足PCI接口规范,虽然频率较低(16MHz),但可满足设计需要且使用方便,价格低于国外产品www.cechina.cn,性价比高。经比较,本设计采用CH365作PCI接口器件。
CH365具有以下满足本运动控制卡设计的性能特点:
实现基于32位PCI总线的从设备接口:
转换为主动并行接口,8位数据,16位地址,I/O读写,存储器读和写:
可以设定PCI板卡的设备标识(Vendol ID、De-vice ID,Class Code等);
支持以字节、字或双字为单位对I/O端口或者存储器进行读写:
非突发存取的实测速度高达7MB/s,读写脉冲宽度为30ns~240ns可选,满足运动控制卡要求:
支持长度达240字节的I/O端口:
支持低电平有效的本地中断请求,支持中断共享:
内置4μs~1ms的硬件计时单元,用于软件运行过程中的延时参考[2]。
3 运动控制器
目前传统的运动控制器多采用嵌入式高性能单片机(如MC6833l微控制器)或DSP(TMS320xxx或DSP56xxx)来实现,系统集成度不够高,电路复杂,且软、硬件研制周期长,性能一致性较难保证。采用专用运动控制器可以提高系统集成度、插补速度及可靠性,同时简化电路,缩短开发周期。
目前市场上有多种运动控制器,如美国的PMD公司,日本的NOVA、KY()PAL、SEEK公司的产品。本设计采用日本NOVA公司的MCX314As,它是MCX314的改进型,能够同时控制4个伺服马达或步进马达,能以脉冲串形式输出,对伺服马达和步进马达进行位置控制、插补驱动速度控制等。