标签: 三轴联动

首先，看看MCX314是一颗什么样的芯片。 主要功能描述 MCX314是一个用于4轴运动控制的芯片，控制步进电机驱动器或者脉冲型的伺服电机驱动，带位置，速度和插补功能。 用于运动控制卡中。它的功能都是通过寄存器来控制的，包括命令寄存器，数据寄存器，状态寄存器和配置寄存器。 从大体上来看，整个芯片的框架包括了X,Y,Z,U四轴的控制模块，包括了直线，圆形，和位模式插补三个模块，都由插补控制模块来控制，另外由中断信号的发生器，以及指令的处理模块来管理。 功能包括： 4轴控制：允许3轴联动，包括恒速，线性和S曲线驱动。 脉冲输出：单脉冲和双脉冲两种模式 恒速控制：就是不管切换其他的插补，速度不变。 速度控制：生成1HZ~4MHZ的任何脉冲频率。 位置控制：理论上的一个位置值和一个实际采样回来的位置值。 比较寄存器和复位：比较值输出，假如偏差太多，可选复位。 三大插补：直线插补，圆形插补，位模式插补。 连续插补：相当于可以随意切换 单步插补：相当于输出一个脉冲 中断信号：有很多种中断，比如一次运动的开始和结束，比较寄存器触发等。 由外部信号驱动：减轻CPU负担 输入输出信号：4个输入信号，8个输出信号，输入信号实现刹车用的。8个输出位通用的输出点。 伺服电机反馈信号：输入连接管脚，包括伺服报警，到位信号等 实时监控：寄存器可以读出，实现监控 8位和16位数据总线：连接CPU MCX314的工作方式 与MCX314的通信，主要是通过8个可读和可写的寄存器来实现的，其中包括： 命令寄存器WR0:设定诸多命令，有写还必须先写入WR6和WR7以后才行。 模式寄存器有三个： WR1：中断时能，输入时能，减速状态和比较结果寄存器设置。 WR2：设定限位开关输入，反馈类型以及伺服的反馈信号。 WR3：设定手动减速，单独减速，S减速，外部操作模式和通用输出的设定。 输出寄存器：WR4,用于设置各轴的通用输出信号。 插补模式寄存器：WR5 数据寄存器WR6和WR7：写入WR0之前，WR6存放低字，WR7存放高字。 可读的也包括8个：RR0~RR7 RR0：各轴驱动与错误状态 RR1：各轴的运动状态和限位状态 RR2：各轴出错误的原因 RR3：中断的来源 RR4和RR5：通用输入寄存器 RR6和RR7：读取命令的高字和低字 芯片管脚定义 芯片管脚一共144个，看这样数量的引脚如何实现上面的功能。 CLK：输入时钟，内部默认位16M，可以修改 D0~D15:16位或者8位的数据总线。 A0~A3：有了数据总线，还得知道数据发到那个寄存器 CSN：片选 WRN：写时置为低 RDN：读信号 RESETN：复位 EXPLSN：外部脉冲输入 H16L8：16位和8位选择 TESTN：测试用 BUSYN：忙 INTN：中断发给MCU SCLK：系统时钟，为CLK的一半。 XYZU轴脉冲输出和方向输出 XYZU轴反馈信号输入，一共AB两组 各轴的运动状态，停止时为高，运行时为低 各轴都有通用用途的8位输出位，共32位 各轴，接受伺服驱动器输入状态的反馈 各轴，伺服警告的反馈引脚 各轴，超量程，各轴将减速到停止 各轴，4个引脚，立即停止的各轴，计数器的锁存 各轴外部驱动信号时能，正负信号 EMGN：紧急停止所有输出信号，为输入。 电源和地：13个地引脚和7个VDD引脚。 功能和相关技术参数 脉冲输出的模式有两种，一种是定长输出，一种是连续输出，下面讲述 定长脉冲输出驱动     这个相当于一个梯形，当然需要知道一些重要的参数，范围R，加减速AD，驱动速度，初始适度，和输出脉冲数。     在驱动的时候，可以随时更换脉冲数，包括增减脉冲数。     减速点在频繁更改脉冲数和插补时需要手动设置，加速点和减数点可以改变，MCX314会自动设置在哪里开始减速。 连续脉冲驱动输出     这个相当于一直已某个频率输出脉冲，直到有中断信号或者停止命令。这个主要用于寻找机械原点，示教和速度控制。四个通用输入也可以用来设置中断信号。 速度曲线 速度曲线一共有三种： 恒速     当驱动速度低于初始化速度的时候，直接开始恒速运行，这个用于有传感器反馈的零点，随时开始，到零点有传感器反馈立即结束。 线性加减速     就是上面的梯形的例子，一般设置加速后，减速自动计算脉冲个数和减速的位置，如果要单独设置，可以设置WR3的D1位，这个时候，需要手动减速。 S曲线方式加减速     简单来说，加速度为两个梯形，上身的过程中，开始是加速度增加，增加到一定值后开始保持加速度，然后加速度减小到0，减速的时候过程正好相反。见下图：     这种情况下，显然有如下的参数要设置，范围，加速度率，加速度和减速度的最大值，也就是什么时候开始保持，然后减小，初始速度，驱动速度，输出脉冲数。     这里出现一种特殊情况，如果还没有过加速度增加的这个过程，就需要减速呢，这样，就会出现一个三角波，这个肯定是不行的，因为我们的速度曲线必须平滑，这样，当S曲线加速的脉冲比总脉冲的1/12大的话，将停止加速，开始减速，这个时候还是一个平滑的波形，如下图： 当然，手动立即减速时，为了速度曲线的平滑，也会是先加速度减小到0，然后再开始减速。     S加速曲线也有一些限制，包括，在定长运动中，速度不能修改，手动强制修改会导致工作不正常，插补运动的时候也不能工作，如果减速到初始速度之前，已经没有脉冲了，或者还有比较多的脉冲没有用完，可以修改脉冲数或者减速参数来避免。     另外还有一个完全S和一个部分S的曲线，完全S就是加速度加到一定值开始减小，不保持。这样，加速度增加和减小是一样的时间，可以根据这个来计算所需要的加速度，并进行设置。    脉宽和速度精度      占空比，本来应该是50%的占空比，但是在加速或者减速的时候，占空比会进行变化，只有在匀速区域占空比才不会变化。     但是驱动速度会麻烦一点，因为这个速度是基于SCLK的，也就是说，必须设置为整数倍，否则数个数的时候，会数不准确。实际上，就算不是整数倍，MCX314自己也会进行调整，并且精度控制在125ns，这样实际是不会影响到精度的，因为机械的惯性会吸收这样的误差。 位置管理 每个轴都有2个32位的往返计数器，两个寄存器和当前位置进行比较。 逻辑位置寄存器：既然是位置，就会有一个正向一个反向，并且有一个边界，这个正向和方向寄存器就是逻辑位置寄存器，边界则位比较寄存器。如果逻辑计数器大于比较寄存器，将会减速至停止。 插补     圆形插补只限于两轴，直线插补和位模式插补可以拓展到3轴，插补的时候，所有的计算都是基于AX1，所以必须在插补之前将AX1赋给具体的轴，并且设置好所有的其他参数。     直线插补种，如果遇到了硬件限位或者软件限位，则会立刻停止插补，限位传感器也会导致MCX314停止插补。而其他两种模式不会中断插补。 直线插补     长轴和短轴，我们将移动多一点的轴称为长轴，另外的叫做短轴。以2轴直线插补为例，只要设置好当前位置，则两个轴需要做怎么样的运动，以达到一个标准的平面斜线，我们就不需要管了，MCX314自己来分配。比如平面斜线，设置方法如下： WR5=0004H;将AX1设置位X轴，AX2设置位Y轴。 WR6=1200H;设置范围 WR7=007AH; WR0=0100H; ……     然后设置寄存器，分别设置初始速度，驱动速度，X轴终点，Y轴终点，写入2轴直线插补命令就OK了。 3轴插补跟2轴类似，走的是立体面的斜线，设置坐标位3个而已。如下图： 圆弧插补     圆形插补分为顺时针和逆时钟，并且长轴不是固定的，下面可以看出来，0，3，4，7时AX1位长轴，其他位置AX2为长轴。     圆形插补会有一个位置检查，因为圆形插补的时候，会有一个最小的有效位的误差，显然，短轴运动距离更小，落在短轴上比较合适，所以位置检查就会根据这个，在短轴位置停止。比如要进行一个顺时针的圆弧插补，则需要： 定义长短轴 范围 2轴的恒定线速范围 初始速度 驱动速度 圆心X,和Y 终点 顺时针，圆弧插补命令 这里可以看出来，一个是进行恒速，一个进行插补。 位模式插补     位模式插补的脉冲是有MCU来控制的，可以画出任何的图形，比如要画出下面的图形，输出的方块数据如下： 可以看出，XPP和XPM分别表示正向插补和反向插补，显然只有可能一个有数据，另外一个肯定为0，一旦开始插补，则从D0开始输出脉冲。 另外还有一个堆栈计数器SC，这个是用于数据写入到哪个轴的缓冲中的。这样，可以按照顺序来发数据，写入SC=3当然是无效的，因为只有三轴嘛，当SC从2变化到1则开始请求MCU发数据，不至于当SC=0的时候，数据还没有刷新。 这里显然还有一个速度的限制，也就是MCU刷新数据的速度。另外MCX314也有一个速度限制。