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1、串行协议控制的多轴SOPC运动控制芯片介绍及其在多节点或者组网运动控制系统中的应用串行协议控制的多轴SOPC运动控制芯片介绍及其在多节点或者组网运动控制系统中的应用的SM3100系列SOPC运动控制芯片，就是可以知足这样的要求，利用它便可以组成图3的优化方案。同时，它的超深度的运动控制脉冲指令预存的特点，更是使得系统的控制性能及可靠性得到了保障。以下是SM3100系列芯片的功能及应用阐述。1串行协议控制的多轴运动控制芯片SM3100的功能及原理介绍SM3100是一个基于SOPC的串型协议直接控制的运动控制芯片系列，她主要提供了串型协议的指令解析和多达4轴的运动控制，有T、S型加减速、位置管理、
2、状态控制、深指令预存等功能。合适应用到多节点控制的消费线数控设备中，或者组网性控制系统中。1.1SM3100芯片特点及功能介绍1.1.1特点2-4轴运动控制，带外同步独立控制；直接串口协议对芯片控制，一个主串口，两个从串口；串口为高达2M的自动波特率UART口；对串行控制指令的实现与解释；支持直接命令和连续同步两种控制形式；支持每轴2Kx24bit的分段脉冲数/指令缓存；支持4轴独立恒速、T型、S型加/减速形式支持2-4轴独立500KHZ脉冲输出频率；支持多片级联；支持AB相手轮信号输入；SOPC方案，单芯片，单电源3.3V。1.1.2每个单独轴的运动控制功能控制脉冲输出；脉冲方向输出；受轴控
3、制字的D7控制伺服ON/OFF；轴状态I/O2-0输出；脉冲输出允许，仅同步方式有效；ABZ相编码器输入；前导Z输入；正、反向超程控制；两个报警输出支持每轴6种特定输入、3种状态输出、4种通用双向输入/输出；1.1.3PWM信号、手轮输入该芯片包含两路PWM信号，每路由8bit控制字节定义工作方式，每个根本周期为0.2s，8bit全0，输出0，全1输出1。芯片有一个AB相信号的手轮输入，可以通过选择信号来确定手轮控制哪一个轴。1.2SM3100芯片的构造该运动控制芯片内部构造如图4所示。1.3SM3100芯片技术、原理介绍1.3.1运动控制操作形式该运动控制芯片运行形式间切换如图5所示。该芯片
4、可以工作在两种形式，芯片上电复位后，假如外同步允许引脚Syn_En=0有效，那么芯片工作在外同步运行形式，这时UART接口只可以检测运行状态和制止外同步运行，不可以直接控制以产生脉冲输出。假如外同步允许Syn_En=1无效或者外同步被制止，那么可以通过UART接口直接控制全部运行。该芯片UART接口采用自动波特率检测技术，最高波特率可达2Mhz。要使用UART，首先需要同步波特率，这可以通过上位机发AAH、55H来完成。同步完成后，就可以正常使用UART。每次上电复位都需要同步波特率。1直接命令运动控制：当该运动控制芯片运行在直接命令运动控制方式时，允许上位机通过UART接口发送命令，控制运行
5、。直接命令运动控制方式每条命令最多只能控制一轴的一段脉冲数控制，但可以分时启动4个轴独立运行，可以以一条条命令控制任一轴一段一段脉冲输出控制。控制命令见命令列表。2外同步连续运动控制：当该运动控制芯片运行在外同步连续运动控制方式时，允许通过外同步信号Syn脉冲，来启动4个轴同时运行同一系列号的不同脉冲数输出控制。但这需要上位机预先通过UART接口将4个轴的各系列分段脉冲数写入到16Kx8bit的SRAM中，每个轴支持1365个分段。SRAM构造如图6所示。1.3.2速度形式该运动控制芯片支持恒速、T型、S型加/减速脉冲输出形式，脉冲输出最高频率为500KHZ；恒速形式：支持5种预存速度值，该速
6、度值只用于直接命令控制方式。T型加/减速形式见图7：根据用户指定的Vs、A、Ve，每8ms自动更新脉冲速度；S型加/减速形式见图8：根据用户指定的Vs、A、K、Ve，每8ms自动更新脉冲速度；1.3.3指令实现形式1指令格式：通过UART向控制芯片发命令+参数，共有4种格式，其格式如表1所示。2指令举例如表2该控制芯片可以同时控制4个轴，这4个轴彼此完全独立编程，并可共用一个外部同步信号作为段同步启动信号。因此，4个轴的编程命令格式完全一样，用00H-1FH命令序号段表示X轴编程命令序号，20H-3FH表示Y轴编程命令序号，40H-5FH表示Z轴编程命令序号，60H-7FH表示W轴编程命令序号
7、。1.4UART波特率设置SM3100芯片采用自动波特率检测，无论何时，只要向主UART口发送0x55就可以设置新的波特率。自动检测机理是：假如已经成功设置好波特率F，新的期望的波特率不为F，此时发送0x55，会产生承受数据错误，内部重新自动检测新的波特率。经过实测，只要连续发送3次0x55就可以正确设定新的波特率。注意，为保证可靠设置波特率，两个0x55间最好间隔一个字符时间，即8bit时间。波特率更改时，允许发送任意个0x55，自波特率设定正确的0x55后的0x55都不当作有效的命令或者参数。只有新的非0x55才会当作有效的命令或者参数。十分注意，更新波特率时，最好从命令字节开场，不要从命
8、令参数开场；否那么，可能会引起后续的命令或者参数不正常。另外，如波特率没有改变而发0x55，此时就会将0x55当成命令。原定义0x55为有效命令，现改为无效命令。上电复位复位时间2SM3100芯片以串行多点组网控制的应用SM3100芯片是通过一个高速的主UART接口来实现对芯片直接串行控制的，经过UART接收来的指令及数据，再送到指令解释模块里面进展解释，最后完成运动控制操作。而在物理层一般应用RS232和RS485协议，完成数据传输。其中RS232只合适点到点的短间隔通信，RS485总线那么非常合适于工业控制中的长间隔传输及组网来对多节点控制。2.1RS485总线RS485总线技术特点此处不
9、再赘述。图9给出了其网络的示意；图10给出了结合SM3100运动控制芯片应用的信号流协议格式安排。图9图102.2SM3100结合RS485总线应用举例2.2.1电脑绣花机控制系统图11是一个十几轴以上的大型电脑绣花机，它的控制系统的原理可以由图12来概括。在工作经过中，主处理板完成对绣花机主轴伺服马达的运动控制，和对主轴的位置测定，根据测得的位置信息，将之反映在串行的运动控制指令里，发送到每一个子控制卡上，让子控制卡对应的几个马达步进马达完成相应的动作，这是一个位置跟随的经过，实现操作中的合拍性、同步性。当然主处理板还结合软件来实现加工数据的处理，即花型数据，由CAD/CAM产生的数据，以串行运动控制指令逐一发送到各个子板中。2.2.2太阳能电站的太阳镜控制系统图13是一个当代化的太阳能发电站的实物照片，由一个太阳光能采集塔和数十面太阳光反射镜组成。这个系统的工作原理是，让所有的反射镜正对着太阳，让光线最终聚焦到采集塔，由采集塔完成光电转化。因此，系统控制的关键点，就是由中央控制系统实时完地成对每一个反射镜的运动控制，让它们对准太阳，协调其运动让反射光线聚焦到一点。所以，完全可以由前面图3的系统方案来实现，通过RS485总线不断地发送位置调整指令到每个太阳镜。一般情况下，每个反射镜由一个伺服系统控制，即可以完成准确的定位。