单片机与mpc运动控制模块组成的三轴运动控制系统.docx

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单片机与mpc运动控制模块组成的三轴运动控制系统

单片机与mpc运动控制模块组成的三轴运动控制系统

摘要：

采用单片机stc89C2051和mpc微型运动控制模块作为控制系统的核心，控制三路步进电机做运动实验。

单片机发送指令给mpc微型运动控制模块，模块信号输出给步进驱动器作高速度运动。

可以定点运动，直线插补和圆弧插补。

1．引言

运动控制的应用在国内已有十几年的历史，技术也相当成熟。

通常运动控制都需要用到运动控制卡，运动控制器等产品，但这些产品价格高昂，使用复杂，也不适合由单片机构成的控制系统。

而如果直接采用单片机来做运动控制，由于运动控制对系统性能要求非常高，单片机速度资源有限，难以设计出性能优良的运动控制模型。

因此，本文采用单片机和专业的mpc微型运动控制模块构成运动控制系统。

MPC微型运动控制模块采用新型FPGA设计，集成实用运动控制功能，可与普通单片机通过串口通讯对步进电机和伺服电机控制。

具有如下特点：

◆串口通讯，仅需使用几条指令，简单可靠。

◆单模块最高六轴输出，多个模块组网工作可达120轴。

◆最大脉冲输出频率为2MHz，脉冲输出使用脉冲+方向方式。

◆最高六轴独立运动控制，任意两轴直线插补，任意两轴圆弧插补。

◆每轴一路硬件回原点。

◆模块带1000级指令缓存深度，指令先进先出。

◆模块体积小巧，仅3.5*2.5*1.5cm,双排直插30脚。

2，系统硬件设计

硬件系统由四部分构成：

（1）单片机部分

单片机与模块只需三根线连接，用作串口通讯的RXD和TXD，用作模块缓存满输出的BUSY信号。

P3.7引出一按键作为测试使用。

（2）mpc微型运动控制模块部分

mpc微型运动控制模块采用5V电源供电，ＲＸＤ，TXD，BUSY与单片机连接。

X0，X1，X2可作为三路电机的原点信号，P1，D1为1轴的脉冲和方向信号。

P2，D2为2轴的脉冲和方向信号。

P3，D3为3轴的脉冲和方向信号。

（3）原点信号输入部分

原点采用光藕隔离输入，输入端可接NPN型光电开关来作为原点信号。

（4）信号输出部分

输出采用NPN晶体管极电极开路输出，分别接到电机驱动器脉冲和方向信号输入端。

3，系统软件设计

MPC微型运动控制模块与单片机串口通讯速率为115200bps,数据位为8位，停止位0位，无校验。

使用函数前先设置好单片机的串口功能，并将需要用到的函数的原型拷贝到当前程序内。

试验程序如下：

#include

//-----STC89C2051-------

sfrIPH=0XB7;

sfrCCON=0XD8;

sfrCMOD=0XD9;

sfrCL=0XE9;

sfrCH=0XF9;

sfrCCAP0L=0XEA;

sfrCCAP0H=0XFA;

sfrCCAPM0=0XDA;

sfrCCAPM1=0XDB;

sfrP3M1=0XB1;

sfrP3M0=0XB2;

sfrP1M1=0X91;

sfrP1M0=0X92;

sfrWAKE_CLKO=0X8f;

sfrBRT=0x9c;

sfrAUXR=0x8E;

sfrAUXR1=0xA2;

sfrWDT_CONTR=0xc1;

sfrT2MOD=0xC9;

//////////////////

sbitbusy=P3^2;

sbits1=P3^7;

voidinitial（）

{

P3M1=0x00;

P3M0=0x80;

P1M1=0x00;

P1M0=0xf9;

}

voidinit_uart（）

{

PCON&=0x7f;//波特率不倍速

SCON=0x50;//8位数据,可变波特率

BRT=0xFD;//设定独立波特率发生器重装值波特率115200bps

AUXR|=0x04;//独立波特率发生器时钟为Fosc,即1T

AUXR|=0x01;//串口1选择独立波特率发生器为波特率发生器

AUXR|=0x10;//启动独立波特率发生器

}

/*

串口发送一个字节，需根据所使用的单片机作适当更改。

*/

voidUSART_Txbyte（unsignedchari）

{

SBUF=i;

while（TI==0）;//等待发送完成

TI=0;//清零串口发送完成中断请求标志

}

/*

串口接收模块返回的10个字节数据，需根据所使用的单片机作适当更改。

*/

voidreceive（unsignedchar*buf）

{

unsignedchari;

for（i=0;i<10;i++）

{

while（RI==0）;

RI=0;

buf[i]=SBUF;

}

}

/*

串口发送一串数据。

*/

voidUSRAT_transmit（unsignedchar*fdata,unsignedcharlen）

{

unsignedchari;

for（i=0;i

{

USART_Txbyte（fdata[i]）;

}

}

/*

函数名:

inp_move

功能：

二轴直线插补

参数：

cardno卡号

no1X轴轴号

no2Y轴轴号

pulse1,pulse2X-Y轴移动的距离,范围（-8388608~+8388607）

mode0：

相对坐标1：

绝对坐标

返回值：

0失败1成功

*/

unsignedcharinp_move（unsignedcharcardno,unsignedcharno1,unsignedcharno2,longpulse1,longpulse2,unsignedcharmode）

{

unsignedcharOutByte[25];

unsignedcharinbuf[12];

OutByte[0]=0x68;

OutByte[1]=0x0F;

OutByte[2]=cardno;

OutByte[3]=0x7;

OutByte[4]=no1;

OutByte[5]=no2;

OutByte[6]=pulse1>>24;

OutByte[7]=pulse1>>16;

OutByte[8]=pulse1>>8;

OutByte[9]=pulse1;

OutByte[10]=pulse2>>24;

OutByte[11]=pulse2>>16;

OutByte[12]=pulse2>>8;

OutByte[13]=pulse2;

OutByte[14]=mode;

OutByte[15]=OutByte[1]+OutByte[2]+OutByte[3]+OutByte[4]+OutByte[5]+OutByte[6]+OutByte[7]+OutByte[8]+OutByte[9]+OutByte[10]+OutByte[11]+\

OutByte[12]+OutByte[13]+OutByte[14];

USRAT_transmit（OutByte,16）;

receive（inbuf）;

return1;

}

/*

函数名:

inp_arc

功能：

二轴圆弧插补

参数：

cardno卡号

no1参与插补X轴的轴号

no2参与插补Y轴的轴号

x,y圆弧插补的终点位置（相对于起点），范围（-8388608~+8388607）

i,j圆弧插补的圆心点位置（相对于起点），范围（-8388608~+8388607）

mode0：

顺时针插补1：

逆时针插补

返回值：

0失败1成功

*/

unsignedcharinp_arc（unsignedcharcardno,unsignedcharno1,unsignedcharno2,longX,longy,longi,longj,unsignedcharmode）

{

unsignedcharOutByte[25];

unsignedcharinbuf[12];

OutByte[0]=0x68;

OutByte[1]=0x17;

OutByte[2]=cardno;

OutByte[3]=0x7;

OutByte[4]=no1;

OutByte[5]=no2;

OutByte[6]=X>>24;

OutByte[7]=X>>16;

OutByte[8]=X>>8;

OutByte[9]=X;

OutByte[10]=y>>24;

OutByte[11]=y>>16;

OutByte[12]=y>>8;

OutByte[13]=y;

OutByte[14]=i>>24;

OutByte[15]=i>>16;

OutByte[16]=i>>8;

OutByte[17]=i;

OutByte[18]=j>>24;

OutByte[19]=j>>16;

OutByte[20]=j>>8;

OutByte[21]=j;

OutByte[22]=mode;

OutByte[23]=OutByte[1]+OutByte[2]+OutByte[3]+OutByte[4]+OutByte[5]+OutByte[6]+OutByte[7]+OutByte[8]+OutByte[9]+OutByte[10]+OutByte[11]+\

OutByte[12]+OutByte[13]+OutByte[14]+OutByte[15]+OutByte[16]+OutByte[17]+OutByte[18]+OutByte[19]+OutByte[20]+OutByte[21]+OutByte[22];

USRAT_transmit（OutByte,24）;

receive（inbuf）;

return1;

}

/*

函数名:

set_speed

功能：

设置轴速度

参数：

cardno卡号

axis轴号（1-6）

acc加速时间（ms）

dec减速时间（ms）

startv启动频率（*100Hz）

speed运行频率（*100Hz）

返回值：

0失败1成功

*/

unsignedcharset_speed（unsignedcharcardno,unsignedcharaxis,unsignedintacc,unsignedintdec,unsignedintstartv,unsignedintspeed）

{

unsignedcharOutByte[25];

unsignedcharinbuf[12];

OutByte[0]=0x68;

OutByte[1]=0xD;

OutByte[2]=cardno;

OutByte[3]=1;

OutByte[4]=axis;

OutByte[5]=acc>>8;

OutByte[6]=acc;

OutByte[7]=dec>>8;

OutByte[8]=dec;

OutByte[9]=startv>>8;

OutByte[10]=startv;

OutByte[11]=speed>>8;

OutByte[12]=speed;

OutByte[13]=OutByte[1]+OutByte[2]+OutByte[3]+OutByte[4]+OutByte[5]+OutByte[6]+OutByte[7]+OutByte[8]+OutByte[9]+OutByte[10]+OutByte[11]+

OutByte[12];

USRAT_transmit（OutByte,14）;

receive（inbuf）;

return1;

}

/*

函数名:

set_soft_limit

功能：

设置轴软件限位

参数：

cardno卡号

axis轴号（1-6）

pulse1负方向限位脉冲值，范围（-8388608~0）

pulse2正方向限位脉冲值，范围（0~+8388607）

返回值：

0失败1成功

*/

unsignedcharset_soft_limit（unsignedcharcardno,unsignedcharaxis,unsignedcharmode,longpulse1,longpulse2）

{

unsignedcharOutByte[25];

unsignedcharinbuf[12];

OutByte[0]=0x68;

OutByte[1]=0xE;

OutByte[2]=cardno;

OutByte[3]=0x13;

OutByte[4]=axis;

OutByte[5]=mode;

OutByte[6]=pulse1>>24;

OutByte[7]=pulse1>>16;

OutByte[8]=pulse1>>8;

OutByte[9]=pulse1;

OutByte[10]=pulse2>>24;

OutByte[11]=pulse2>>16;

OutByte[12]=pulse2>>8;

OutByte[13]=pulse2;

OutByte[14]=OutByte[1]+OutByte[2]+OutByte[3]+OutByte[4]+OutByte[5]+OutByte[6]+OutByte[7]+OutByte[8]+OutByte[9]+OutByte[10]+OutByte[11]+

OutByte[12]+OutByte[13];

USRAT_transmit（OutByte,15）;

receive（inbuf）;

return1;

}

/*

函数名:

pmove

功能：

单轴运行

参数：

cardno卡号

axis轴号（1-6）

pulse输出的脉冲数>0：

正方向移动<0：

负方向移动范围（-268435455~+268435455）

mode0：

相对位置1：

绝对位置

返回值：

0失败1成功

*/

unsignedcharpmove（unsignedcharcardno,unsignedcharaxis,longpulse,unsignedcharmode）

{

unsignedcharOutByte[25];

unsignedcharinbuf[12];

OutByte[0]=0x68;

OutByte[1]=0xA;

OutByte[2]=cardno;

OutByte[3]=2;

OutByte[4]=axis;

OutByte[5]=pulse>>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（OutByte,11）;

receive（inbuf）;

return1;

}

/*

函数名:

wait_delay

功能：

等待延时数

参数：

cardno卡号

value延时量（1-10000）MS

返回值：

0失败1成功

*/

unsignedcharwait_delay（unsignedcharcardno,unsignedintvalue）

{

unsignedcharOutByte[25];

unsignedcharinbuf[12];

OutByte[0]=0x68;

OutByte[1]=0x6;

OutByte[2]=cardno;

OutByte[3]=0xE;

OutByte[4]=value>>8;

OutByte[5]=value;

OutByte[6]=OutByte[1]+OutByte[2]+OutByte[3]+OutByte[4]+OutByte[5];

USRAT_transmit（OutByte,7）;

receive（inbuf）;

return1;

}

/*

函数名:

set_command_pos

功能：

设置轴逻辑位置

参数：

cardno卡号

axis轴号（1-6）

pulse位置脉冲数，范围（-268435455~+268435455）

返回值：

0失败1成功

*/

unsignedcharset_command_pos（unsignedcharcardno,unsignedcharaxis,longvalue）

{

unsignedcharOutByte[25];

unsignedcharinbuf[12];

OutByte[0]=0x68;

OutByte[1]=0x9;

OutByte[2]=cardno;

OutByte[3]=0x12;

OutByte[4]=axis;

OutByte[5]=value>>24;

OutByte[6]=value>>16;

OutByte[7]=value>>8;

OutByte[8]=value;

OutByte[9]=OutByte[1]+OutByte[2]+OutByte[3]+OutByte[4]+OutByte[5]+OutByte[6]+OutByte[7]+OutByte[8];

USRAT_transmit（OutByte,10）;

receive（inbuf）;

return1;

}

/*

函数名:

wait_pulse

功能：

等待轴脉冲数

参数：

cardno卡号

axis轴号（1-6）

pulse位置脉冲数，范围（-268435455~+268435455）

返回值：

0失败1成功

*/

unsignedcharwait_pulse（unsignedcharcardno,unsignedcharaxis,longvalue）

{

unsignedcharOutByte[25];

unsignedcharinbuf[12];

OutByte[0]=0x68;

OutByte[1]=0x9;

OutByte[2]=cardno;

OutByte[3]=0x19;

OutByte[4]=axis;

OutByte[5]=value>>24;

OutByte[6]=value>>16;

OutByte[7]=value>>8;

OutByte[8]=value;

OutByte[9]=OutByte[1]+OutByte[2]+OutByte[3]+OutByte[4]+OutByte[5]+OutByte[6]+OutByte[7]+OutByte[8];

USRAT_transmit（OutByte,10）;

receive（inbuf）;

return1;

}

/*

函数名:

write_bit

功能：

写输出口状态

参数：

cardno卡号

number端口号（0-8）Y0-Y8

value状态（0,1）0输出低电平1输出高电平

返回值：

0失败1成功

*/

unsignedcharwrite_bit（unsignedcharcardno,unsignedcharnumber,unsignedcharvalue）

{

unsignedcharOutByte[25];

unsignedcharinbuf[12];

OutByte[0]=0x68;

OutByte[1]=0x6;

OutByte[2]=cardno;

OutByte[3]=3;

OutByte[4]=number;

OutByte[5]=value;

OutByte[6]=OutByte[1]+OutByte[2]+OutByte[3]+OutByte[4]+OutByte[5];

USRAT_transmit（OutByte,7）;

receive（inbuf）;

return1;

}

/*

函数名:

sudden_stop

功能：

轴停止

参数：

cardno卡号

axis停止的轴号（1-6）

返回值：

0失败1成功

*/

unsignedcharsudden_stop（unsignedcharcardno,unsignedcharaxis）

{

unsignedcharOutByte[25];

unsignedcharinbuf[12];

OutByte[0]=0x68;

OutByte[1]=0x5;

OutByte[2]=cardno;

OutByte[3]=0x17;

OutByte[4]=axis;

OutByte[5]=OutByte[1]+OutByte[2]+OutByte[3]+OutByte[4];

USRAT_transmit（OutByte,6）;

receive（inbuf）;

return1;

}

/*

函数名:

wait_in

功能：

等待输入口状态

参数：

cardno卡号

number端口号（0-6）X0-X6

value状态（0,1）0输入低电平1输入高电平

返回值：

0失败1成功

*/

unsignedcharwait_in（unsignedcharcardno,unsignedcharnumber,unsignedch