單片機與mpc運動控制模塊組成的三軸運動控制系統(tǒng)

1、 MPC微型運動控制模塊 單片機與mpc運動控制模塊組成的三軸運動控制系統(tǒng)摘要：采用單片機stc89C2051和mpc微型運動控制模塊作為控制系統(tǒng)的核心，控制三路步進電機做運動實驗。單片機發(fā)送指令給mpc微型運動控制模塊，模塊信號輸出給步進驅(qū)動器作高速度運動。可以定點運動，直線插補和圓弧插補。 1引言運動控制的應(yīng)用在國內(nèi)已有十幾年的歷史，技術(shù)也相當成熟。通常運動控制都需要用到運動控制卡，運動控制器等產(chǎn)品，但這些產(chǎn)品價格高昂，使用復(fù)雜，也不適合由單片機構(gòu)成的控制系統(tǒng)。而如果直接采用單片機來做運動控制，由于運動控制對系統(tǒng)性能要求非常高，單片機速度資源有限，難以設(shè)計出性能優(yōu)良的運動控制模型。因此，本

2、文采用單片機和專業(yè)的mpc微型運動控制模塊構(gòu)成運動控制系統(tǒng)。MPC微型運動控制模塊采用新型FPGA設(shè)計，集成實用運動控制功能，可與普通單片機通過串口通訊對步進電機和伺服電機控制。具有如下特點： 串口通訊，僅需使用幾條指令，簡單可靠。 單模塊最高六軸輸出，多個模塊組網(wǎng)工作可達120軸。 最大脈沖輸出頻率為2MHz，脈沖輸出使用脈沖+方向方式。 最高六軸獨立運動控制，任意兩軸直線插補，任意兩軸圓弧插補。 每軸一路硬件回原點。 模塊帶1000級指令緩存深度，指令先進先出。 模塊體積小巧，僅3.5*2.5*1.5cm,雙排直插30腳。2，系統(tǒng)硬件設(shè)計硬件系統(tǒng)由四部分構(gòu)成：（1） 單片機部分單片機與模塊

3、只需三根線連接，用作串口通訊的RXD和TXD，用作模塊緩存滿輸出的BUSY信號。P3.7引出一按鍵作為測試使用。（2） mpc微型運動控制模塊部分mpc微型運動控制模塊采用5V電源供電，TXD，BUSY與單片機連接。X0，X1，X2可作為三路電機的原點信號，P1，D1為1軸的脈沖和方向信號。P2，D2為2軸的脈沖和方向信號。P3，D3為3軸的脈沖和方向信號。（3）原點信號輸入部分原點采用光藕隔離輸入，輸入端可接NPN型光電開關(guān)來作為原點信號。（4） 信號輸出部分輸出采用NPN晶體管極電極開路輸出，分別接到電機驅(qū)動器脈沖和方向信號輸入端。3，系統(tǒng)軟件設(shè)計MPC微型運動控制模塊與單片機串口通訊速率

4、為115200bps,數(shù)據(jù)位為8位，停止位0位，無校驗。使用函數(shù)前先設(shè)置好單片機的串口功能，并將需要用到的函數(shù)的原型拷貝到當前程序內(nèi)。試驗程序如下：#include <reg52.h>/-STC89C2051-sfr IPH=0XB7;sfrCCON=0XD8;sfrCMOD=0XD9;sfrCL=0XE9;sfrCH=0XF9;sfrCCAP0L=0XEA;sfrCCAP0H=0XFA;sfrCCAPM0=0XDA;sfrCCAPM1=0XDB;sfr P3M1= 0XB1;sfr P3M0= 0XB2;sfr P1M1= 0X91;sfr P1M0= 0X92;sfr WAKE

5、_CLKO= 0X8f;sfr BRT =0x9c;sfr AUXR =0x8E;sfr AUXR1 = 0xA2; sfr WDT_CONTR = 0xc1;sfr T2MOD = 0xC9; /sbit busy = P32;sbit s1=P37; void initial()P3M1 = 0x00; P3M0 = 0x80;P1M1 = 0x00; P1M0 = 0xf9; void init_uart() PCON &= 0x7f; /波特率不倍速 SCON = 0x50; /8位數(shù)據(jù),可變波特率 BRT = 0xFD; /設(shè)定獨立波特率發(fā)生器重裝值 波特率115200bps

6、 AUXR |= 0x04; /獨立波特率發(fā)生器時鐘為Fosc,即1T AUXR |= 0x01; /串口1選擇獨立波特率發(fā)生器為波特率發(fā)生器 AUXR |= 0x10; /啟動獨立波特率發(fā)生器/*串口發(fā)送一個字節(jié)，需根據(jù)所使用的單片機作適當更改。*/ void USART_Txbyte(unsigned char i) SBUF = i; while(TI =0); /等待發(fā)送完成 TI = 0; /清零串口發(fā)送完成中斷請求標志/*串口接收模塊返回的10個字節(jié)數(shù)據(jù)，需根據(jù)所使用的單片機作適當更改。*/ void receive(unsigned char *buf)unsigned char

7、 i;for(i=0;i<10;i+) while(RI=0); RI=0; bufi=SBUF; /*串口發(fā)送一串數(shù)據(jù)。*/void USRAT_transmit(unsigned char *fdata,unsigned char len) unsigned char i; for(i=0;i<len;i+) USART_Txbyte(fdatai); /*函數(shù)名: inp_move功能：二軸直線插補參數(shù)：cardno 卡號no1 X軸軸號no2 Y軸軸號pulse1,pulse2X-Y軸移動的距離,范圍（-8388608+8388607）mode 0：相對坐標 1：絕對坐標返

8、回值：0 失敗1 成功*/unsigned char inp_move(unsigned char cardno,unsigned char no1 ,unsigned char no2 , long pulse1 ,long pulse2 ,unsigned char mode ) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12;OutByte0 = 0x68;OutByte1 = 0x0F;OutByte2 = cardno;OutByte3 = 0x7;OutByte4 = no1;OutByte5 = no2;OutByte6 = pulse

9、1>>24;OutByte7 = pulse1 >>16;OutByte8 = pulse1>> 8;OutByte9 = pulse1;OutByte10 = pulse2 >>24;OutByte11 = pulse2 >>16;OutByte12 = pulse2 >>8;OutByte13 = pulse2 ;OutByte14 = mode;OutByte15 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4+OutByte5 +OutByte6 +OutByte7 +OutByte

10、8 +OutByte9 +OutByte10 +OutByte11 + OutByte12 +OutByte13 +OutByte14;USRAT_transmit(OutByte,16);receive(inbuf);return 1;/*函數(shù)名: inp_arc功能：二軸圓弧插補參數(shù)：cardno卡號no1參與插補X軸的軸號no2參與插補Y軸的軸號x,y圓弧插補的終點位置（相對于起點），范圍（-8388608+8388607）i,j圓弧插補的圓心點位置（相對于起點），范圍（-8388608+8388607）mode 0：順時針插補 1：逆時針插補返回值：0 失敗1 成功*/unsigned

11、 char inp_arc(unsigned char cardno ,unsigned char no1,unsigned char no2, long X , long y, long i, long j,unsigned char mode ) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12;OutByte0 = 0x68;OutByte1 = 0x17;OutByte2 = cardno;OutByte3 = 0x7;OutByte4 = no1;OutByte5 = no2;OutByte6 = X >>24;OutByte7

12、= X >>16;OutByte8 = X >>8;OutByte9 = X ;OutByte10 = y >>24;OutByte11 = y >>16;OutByte12 = y >>8;OutByte13 = y ;OutByte14 = i >>24;OutByte15 = i >>16;OutByte16 = i >>8;OutByte17 = i ;OutByte18 = j >>24;OutByte19 = j >>16;OutByte20 = j >&g

13、t;8;OutByte21 = j ;OutByte22 = mode;OutByte23 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 +OutByte5 +OutByte6 +OutByte7 +OutByte8 +OutByte9 +OutByte10 +OutByte11 + OutByte12 +OutByte13 +OutByte14 +OutByte15 +OutByte16 +OutByte17 +OutByte18 +OutByte19 +OutByte20 +OutByte21 +OutByte22 ;USRAT_transmit(OutB

14、yte,24); receive(inbuf);return 1;/*函數(shù)名: set_speed功能：設(shè)置軸速度參數(shù)：cardno卡號axis軸號(1-6)acc 加速時間（ms）dec 減速時間（ms）startv 啟動頻率（*100Hz）speed 運行頻率（*100Hz）返回值：0 失敗1 成功*/unsigned char set_speed(unsigned char cardno ,unsigned char axis ,unsigned int acc ,unsigned int dec ,unsigned int startv ,unsigned int speed ) un

15、signed char OutByte25;unsigned char inbuf12;OutByte0 = 0x68;OutByte1 = 0xD;OutByte2 = cardno;OutByte3 = 1;OutByte4 = axis;OutByte5 = acc >>8;OutByte6 = acc ;OutByte7 = dec >>8;OutByte8 = dec ;OutByte9 = startv >>8;OutByte10 = startv ;OutByte11 = speed >>8;OutByte12 = speed ;O

16、utByte13 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 +OutByte5 +OutByte6 +OutByte7 +OutByte8 +OutByte9 +OutByte10 +OutByte11 + OutByte12 ;USRAT_transmit(OutByte,14);receive(inbuf);return 1;/*函數(shù)名: set_soft_limit功能：設(shè)置軸軟件限位參數(shù)：cardno卡號axis軸號(1-6)pulse1負方向限位脈沖值，范圍（-83886080）pulse2正方向限位脈沖值，范圍（0+8388607）返回值：0

17、失敗1 成功*/unsigned char set_soft_limit(unsigned char cardno ,unsigned char axis ,unsigned char mode, long pulse1 , long pulse2 ) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12;OutByte0 = 0x68;OutByte1 = 0xE;OutByte2 = cardno ;OutByte3 = 0x13;OutByte4 = axis;OutByte5 = mode;OutByte6 = pulse1 >>24;

18、OutByte7 = pulse1 >>16;OutByte8 = pulse1 >>8;OutByte9 = pulse1 ;OutByte10 = pulse2 >>24;OutByte11 = pulse2 >>16;OutByte12 = pulse2 >>8;OutByte13 = pulse2 ;OutByte14 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 +OutByte5 +OutByte6 +OutByte7 +OutByte8 +OutByte9 +OutByte10 +Out

19、Byte11 + OutByte12 +OutByte13 ;USRAT_transmit(OutByte,15);receive(inbuf);return 1;/*函數(shù)名: pmove功能：單軸運行參數(shù)：cardno卡號axis軸號(1-6)pulse 輸出的脈沖數(shù) >0：正方向移動 <0：負方向移動范圍（-268435455+268435455）mode 0：相對位置 1：絕對位置返回值：0 失敗1 成功*/unsigned char pmove(unsigned char cardno ,unsigned char axis,long pulse , unsigned ch

20、ar mode) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12; OutByte0 = 0x68;OutByte1 = 0xA ;OutByte2 = cardno;OutByte3 = 2;OutByte4 = axis;OutByte5 = pulse >>24;OutByte6 = pulse >>16;OutByte7 = pulse >>8;OutByte8 = pulse ;OutByte9 = mode ;OutByte10 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByt

21、e4 +OutByte5 +OutByte6 +OutByte7 +OutByte8 +OutByte9 ;USRAT_transmit(OutByte,11);receive(inbuf);return 1;/*函數(shù)名: wait_delay功能：等待延時數(shù)參數(shù)：cardno卡號value 延時量（1-10000）MS返回值：0 失敗1 成功*/unsigned char wait_delay(unsigned char cardno ,unsigned int value) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12; OutByte0 =

22、0x68 ;OutByte1 = 0x6 ;OutByte2 = cardno ;OutByte3 = 0xE ;OutByte4 = value >>8;OutByte5 = value ;OutByte6 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 +OutByte5;USRAT_transmit(OutByte,7);receive(inbuf);return 1;/*函數(shù)名:set_command_pos功能： 設(shè)置軸邏輯位置參數(shù)：cardno卡號axis軸號(1-6)pulse 位置脈沖數(shù)，范圍（-268435455+268435455

23、）返回值：0 失敗1 成功*/unsigned char set_command_pos(unsigned char cardno ,unsigned char axis, long value ) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12; OutByte0 = 0x68 ;OutByte1 = 0x9 ;OutByte2 = cardno ;OutByte3 = 0x12 ;OutByte4 = axis ;OutByte5 = value >>24;OutByte6 = value >>16;OutByte7 =

24、value >>8;OutByte8 = value ;OutByte9 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 +OutByte5 +OutByte6 +OutByte7 +OutByte8 ;USRAT_transmit(OutByte,10);receive(inbuf);return 1; /*函數(shù)名: wait_pulse功能：等待軸脈沖數(shù)參數(shù)：cardno卡號axis軸號(1-6)pulse 位置脈沖數(shù)，范圍（-268435455+268435455）返回值：0 失敗1 成功*/unsigned char wait_pulse(u

25、nsigned char cardno ,unsigned char axis, long value ) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12;OutByte0 = 0x68;OutByte1 = 0x9 ;OutByte2 = cardno ;OutByte3 = 0x19;OutByte4 = axis ;OutByte5 = value >>24;OutByte6 = value >>16;OutByte7 = value >>8;OutByte8 = value ;OutByte9 =OutBy

26、te1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 +OutByte5 +OutByte6 +OutByte7 +OutByte8 ;USRAT_transmit(OutByte,10);receive(inbuf);return 1;/*函數(shù)名: write_bit功能：寫輸出口狀態(tài)參數(shù)：cardno卡號number 端口號（0-8） Y0-Y8value 狀態(tài)（0,1） 0 輸出低電平 1 輸出高電平返回值：0 失敗1 成功*/unsigned char write_bit(unsigned char cardno , unsigned char number, unsig

27、ned char value) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12; OutByte0 = 0x68 ;OutByte1 = 0x6 ;OutByte2 = cardno ;OutByte3 = 3;OutByte4 = number;OutByte5 = value;OutByte6 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 +OutByte5 ;USRAT_transmit(OutByte,7);receive(inbuf);return 1;/*函數(shù)名: sudden_stop功能： 軸停止參數(shù)

28、：cardno卡號axis停止的軸號（1-6）返回值：0 失敗1 成功*/unsigned char sudden_stop(unsigned char cardno ,unsigned char axis) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12; OutByte0 = 0x68;OutByte1 = 0x5;OutByte2 = cardno ;OutByte3 = 0x17 ;OutByte4 = axis ;OutByte5 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 ;USRAT_transmit

29、(OutByte,6);receive(inbuf);return 1;/*函數(shù)名: wait_in功能： 等待輸入口狀態(tài)參數(shù)：cardno卡號number 端口號（0-6） X0-X6value 狀態(tài)（0,1） 0 輸入低電平 1 輸入高電平返回值：0 失敗1 成功*/unsigned char wait_in( unsigned char cardno, unsigned char number, unsigned char value) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12;OutByte0 = 0x68 ;OutByte1 = 0x

30、6 ;OutByte2 = cardno;OutByte3 = 0xF ;OutByte4 = number ;OutByte5 = value;OutByte6 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 +OutByte5;USRAT_transmit(OutByte,7);receive(inbuf);return 1;/*函數(shù)名: wait_stop功能：等待軸停止參數(shù)：cardno 卡號axis 需要停止的軸號返回值：0 失敗1 成功*/unsigned char wait_stop(unsigned char cardno ,unsigned c

31、har axis) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12; OutByte0 = 0x68 ;OutByte1 = 0x5 ;OutByte2 = cardno ;OutByte3 = 9;OutByte4 = axis ;OutByte5 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4;USRAT_transmit(OutByte,6);receive(inbuf);return 1;/*函數(shù)名: get_number功能：獲取唯一序列號參數(shù)：cardno卡號返回值： 32位序列號*/unsigned lo

32、ng get_number(unsigned char cardno ) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12; OutByte0 = 0x68 ;OutByte1 = 0x4 ;OutByte2 = cardno;OutByte3 = 0xC ;OutByte4 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 ;USRAT_transmit(OutByte,5);receive(inbuf);return (unsigned long)inbuf4<<24+(unsigned long)inbuf5<<

33、16+(unsigned long)inbuf6<<8+(unsigned long)inbuf7;/*函數(shù)名: get_status功能：獲取各軸工作狀態(tài)參數(shù)：cardno卡號返回值： 8位二進制，1-6位分別代表1-6軸狀態(tài)，0表示停止中，1表示運行中。*/unsigned char get_status( unsigned char cardno) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12;OutByte0 = 0x68 ;OutByte1 = 0x4 ;OutByte2 = cardno ;OutByte3 = 5 ;Out

34、Byte4 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 ;USRAT_transmit(OutByte,5);receive(inbuf);return inbuf4;/*函數(shù)名: get_command_pos功能： 獲取軸邏輯位置參數(shù)：cardno卡號axis 軸號返回值： 位置脈沖數(shù)，范圍（-268435455+268435455）*/unsigned long get_command_pos( unsigned char cardno, unsigned char axis) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12; OutByte0 =