单片机与mpc运动控制模块组成的三轴运动控制系统方案

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1、. . . . 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

2、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

3、，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，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115200

4、bps,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。试验程序如下：#include /-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_CLKO= 0X8f;sfr BRT =0x

5、9c;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

6、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。*/ void USART_Txbyte(unsigned char i) 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。*/ void receive(unsigned char *buf)unsigned char i;for(i=0;i10;i+) while(RI

7、=0); RI=0; bufi=SBUF; /*串口发送一串数据。*/void USRAT_transmit(unsigned char *fdata,unsigned char len) unsigned char i; for(i=0;i24;OutByte7 = pulse1 16;OutByte8 = pulse1 8;OutByte9 = pulse1;OutByte10 = pulse2 24;OutByte11 = pulse2 16;OutByte12 = pulse2 8;OutByte13 = pulse2 ;OutByte14 = mode;OutByte15 =OutB

8、yte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4+OutByte5 +OutByte6 +OutByte7 +OutByte8 +OutByte9 +OutByte10 +OutByte11 + OutByte12 +OutByte13 +OutByte14;USRAT_transmit(OutByte,16);receive(inbuf);return 1;/*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），围（-8388608+8388607）i,j圆弧插补的圆心点位

9、置（相对于起点），围（-8388608+8388607）mode 0：顺时针插补 1：逆时针插补返回值：0 失败1 成功*/unsigned 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

10、 = 0x7;OutByte4 = no1;OutByte5 = no2;OutByte6 = X 24;OutByte7 = 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 8;OutByte21 = j ;OutByte

11、22 = 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(OutByte,24); receive(inbuf);re

12、turn 1;/*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*/unsigned char set_speed(unsigned char cardno ,unsigned char axis ,unsigned int acc ,unsigned int dec ,unsigned int startv ,unsigned int speed ) unsigned char OutByte25;unsi

13、gned 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 ;OutByte13 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 +OutByte5

14、 +OutByte6 +OutByte7 +OutByte8 +OutByte9 +OutByte10 +OutByte11 + OutByte12 ;USRAT_transmit(OutByte,14);receive(inbuf);return 1;/*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，围（-83886080）pulse2正方向限位脉冲值，围（0+8388607）返回值：0 失败1 成功*/unsigned char set_soft_limit(unsigned char cardno ,u

15、nsigned 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;OutByte7 = pulse1 16;OutByte8 = pulse1 8;OutByte9 = pulse1 ;OutByte1

16、0 = pulse2 24;OutByte11 = pulse2 16;OutByte12 = pulse2 8;OutByte13 = pulse2 ;OutByte14 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 +OutByte5 +OutByte6 +OutByte7 +OutByte8 +OutByte9 +OutByte10 +OutByte11 + OutByte12 +OutByte13 ;USRAT_transmit(OutByte,15);receive(inbuf);return 1;/*函数名: pmove功能：单轴运行参数：card

17、no卡号axis轴号(1-6)pulse 输出的脉冲数 0：正方向移动 24;OutByte6 = pulse 16;OutByte7 = pulse 8;OutByte8 = pulse ;OutByte9 = mode ;OutByte10 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 +OutByte5 +OutByte6 +OutByte7 +OutByte8 +OutByte9 ;USRAT_transmit(OutByte,11);receive(inbuf);return 1;/*函数名: wait_delay功能：等待延时数参数：cardno卡

18、号value 延时量（1-10000）MS返回值：0 失败1 成功*/unsigned char wait_delay(unsigned char cardno ,unsigned int value) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12; OutByte0 = 0x68 ;OutByte1 = 0x6 ;OutByte2 = cardno ;OutByte3 = 0xE ;OutByte4 = value 8;OutByte5 = value ;OutByte6 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByt

19、e4 +OutByte5;USRAT_transmit(OutByte,7);receive(inbuf);return 1;/*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，围（-268435455+268435455）返回值：0 失败1 成功*/unsigned char set_command_pos(unsigned char cardno ,unsigned char axis, long value ) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12; Ou

20、tByte0 = 0x68 ;OutByte1 = 0x9 ;OutByte2 = cardno ;OutByte3 = 0x12 ;OutByte4 = axis ;OutByte5 = value 24;OutByte6 = value 16;OutByte7 = value 8;OutByte8 = value ;OutByte9 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 +OutByte5 +OutByte6 +OutByte7 +OutByte8 ;USRAT_transmit(OutByte,10);receive(inbuf);return

21、1; /*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，围（-268435455+268435455）返回值：0 失败1 成功*/unsigned char wait_pulse(unsigned char cardno ,unsigned char axis, long value ) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12;OutByte0 = 0x68;OutByte1 = 0x9 ;OutByte2 = cardno ;OutByte3 = 0x19;OutByte

22、4 = axis ;OutByte5 = value 24;OutByte6 = value 16;OutByte7 = value 8;OutByte8 = value ;OutByte9 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 +OutByte5 +OutByte6 +OutByte7 +OutByte8 ;USRAT_transmit(OutByte,10);receive(inbuf);return 1;/*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-Y8value 状态（0,1） 0

23、 输出低电平 1 输出高电平返回值：0 失败1 成功*/unsigned char write_bit(unsigned char cardno , unsigned char number, unsigned char value) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12; OutByte0 = 0x68 ;OutByte1 = 0x6 ;OutByte2 = cardno ;OutByte3 = 3;OutByte4 = number;OutByte5 = value;OutByte6 =OutByte1 +OutByte2 +OutBy

24、te3 +OutByte4 +OutByte5 ;USRAT_transmit(OutByte,7);receive(inbuf);return 1;/*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*/unsigned char sudden_stop(unsigned char cardno ,unsigned char axis) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12; OutByte0 = 0x68;OutByte1 = 0x5;OutByte2 = card

25、no ;OutByte3 = 0x17 ;OutByte4 = axis ;OutByte5 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 ;USRAT_transmit(OutByte,6);receive(inbuf);return 1;/*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-X6value 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*/unsigned char wait_in( unsigned char cardno, unsigned char num

26、ber, unsigned char value) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12;OutByte0 = 0x68 ;OutByte1 = 0x6 ;OutByte2 = cardno;OutByte3 = 0xF ;OutByte4 = number ;OutByte5 = value;OutByte6 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 +OutByte5;USRAT_transmit(OutByte,7);receive(inbuf);return 1;/*函数名: wait_stop

27、功能：等待轴停止参数：cardno 卡号axis 需要停止的轴号返回值：0 失败1 成功*/unsigned char wait_stop(unsigned char cardno ,unsigned char axis) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12; OutByte0 = 0x68 ;OutByte1 = 0x5 ;OutByte2 = cardno ;OutByte3 = 9;OutByte4 = axis ;OutByte5 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4;USRAT_tran

28、smit(OutByte,6);receive(inbuf);return 1;/*函数名: get_number功能：获取唯一序列号参数：cardno卡号返回值： 32位序列号*/unsigned long get_number(unsigned char cardno ) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12; OutByte0 = 0x68 ;OutByte1 = 0x4 ;OutByte2 = cardno;OutByte3 = 0xC ;OutByte4 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 ;USRAT_t

29、ransmit(OutByte,5);receive(inbuf);return (unsigned long)inbuf424+(unsigned long)inbuf516+(unsigned long)inbuf68+(unsigned long)inbuf7;/*函数名: get_status功能：获取各轴工作状态参数：cardno卡号返回值： 8位二进制，1-6位分别代表1-6轴状态，0表示停止中，1表示运行中。*/unsigned char get_status( unsigned char cardno) unsigned char OutByte25;unsigned char

30、 inbuf12;OutByte0 = 0x68 ;OutByte1 = 0x4 ;OutByte2 = cardno ;OutByte3 = 5 ;OutByte4 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 ;USRAT_transmit(OutByte,5);receive(inbuf);return inbuf4;/*函数名: get_command_pos功能： 获取轴逻辑位置参数：cardno卡号axis 轴号返回值： 位置脉冲数，围（-268435455+268435455）*/unsigned long get_command_pos( unsigned cha

31、r cardno, unsigned char axis) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12; OutByte0 = 0x68 ;OutByte1 = 0x5 ;OutByte2 = cardno ;OutByte3 = 6 ;OutByte4 = axis ;OutByte5 =OutByte1 +OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 ;USRAT_transmit(OutByte,6);receive(inbuf);return (unsigned long)inbuf524+(unsigned long)inb

32、uf616+(unsigned long)inbuf78+(unsigned long)inbuf8;/*函数名: set_cardno功能：设置卡号参数：cardno卡号（1-255）返回值：0 失败1 成功*/unsigned char set_cardno(unsigned char cardno) unsigned char OutByte25;unsigned char inbuf12;OutByte0 = 0x68 ;OutByte1 = 5 ;OutByte2 = 0 ;OutByte3 = 0xFA ;OutByte4 = cardno ;OutByte5 =OutByte1

33、+OutByte2 +OutByte3 +OutByte4 ;USRAT_transmit(OutByte,6);receive(inbuf);return 1;void main(void) initial(); init_uart(); set_cardno(1); /设卡号为1 while(1) if(!s1)/按键按下 set_speed(1 ,1,1000,1000,10,200); / 设1轴速度 set_speed(1 ,2,1000,1000,10,200); / 设2轴速度 set_speed(1 ,3,1000,1000,10,200); / 设3轴速度 /*1轴回原点*/

34、 pmove(1,1,-1000000,0); / 1轴运动 wait_in(1,0,1); / 等待X0为高 sudden_stop(1,1); / 1轴停止 set_command_pos(1,1,0);/ 设1轴此时坐标为0pmove(1,2,3200,0); / 2轴运动 pmove(1,3,-3200,0); / 3轴运动 while(!s1); 4，结束语单片机和mpc运动控制模块构成的系统，使单片机彻底地从复杂的运动控制算法中解放出来，单片机只需简单地使用几条指令来控制模块便可完成运动控制，从而能将更多的资源用来参与其它方面的控制，对构建一个稳定的控制系统具有重大意义。18 / 18