[发明专利]基于MPC5200的多轴运动控制器及其操作方法

说明书

技术领域

本发明属于自动化和先进制造领域，具体涉及一种基于MPC5200微控制器的多轴电机运动控制器及其操作方法。

背景技术

运动控制器是数控机床坐标轴运动控制系统的核心部件，整个机床坐标轴的运动指令都是由运动控制器给出的。目前运动控制器主要存在形式是基于PC标准总线的运动控制器。其在硬件设计上采用板卡设计，并且在连接方式上采用“金手指”与PC机相连，也就是将板卡插到PC标准的如ISA，或者PCI插槽中，这种采用硬连接结构的运动控制器不宜长期工作在环境恶劣的工业现场(有振动、粉尘、油污等)，并且由于只有插在PC标准的插槽中才能工作，因此上位机也只限于PC机。代表性产品有美国Delta Tau DataSystem公司推出的PMAC系列运动控制卡与美国Galil公司推出的DMC系列运动控制卡。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能克服上述缺陷的基于MPC5200的多轴运动控制器及其操作方法，它采用串行总线的软连接方式，使得运动控制卡可以和上位机分离，其易于实现分布式的高性能控制，降低成本，并且大大提高了运动控制器的可靠性、开放性、集成性和配置性。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于MPC5200的多轴运动控制器，包括了MPC5200嵌入式微控制器、外部SDRAM、外部Flash、电可擦除只读存储器EEPROM、信号反馈通道及接口、PWM输出及接口、I/O接口、串行通信接口、CAN接口、RS232接口、USB接口和串行通信配置接口，其特征在于：外部SDRAM、外部FLASH和EEPROM与MPC5200微控制器相连组成运动控制器的核心模块，提供运动控制器软件运行的基础环境；MPC5200微控制器由串行通信接口通过跳线方式配置和上位机进行通信的串行通信协议，通过CAN接口或者RS232接口或者USB接口与上位机之间进行软连接，进行数控加工数据和指令的传输；信号反馈通道及接口对电机编码器的反馈信号进行整形、计数，并输入MPC5200微控制器；MPC5200微控制器连接PWM输出及接口，实现输出电机运行的具体脉冲数，并对输出脉冲进行隔离以驱动电机驱动器；MPC5200微控制器连接I/O接口，实现相关的机床辅助的开关量控制。

所述的32位嵌入式微控制器MPC5200具有面对工业的良好扩展能力。其低功耗、处理速度达760MIPS，集成了一个双精度的浮点单元(FPU)，具有良好扩展能力，并且外部接口可重配置。以减少元器件部件的数量，提高硬件的可靠性和兼容性。

所述的基于MPC5200的多轴运动控制器，由于MPC5200微控制器内部集成可编程串行控制器(PSC，Programmable Serial Controller)，其通过PSC控制器来实现串行通信的优化，并可以根据需求配置USB、RS232、CAN等串行通信接口。从而可以根据外界接口的要求进行标准化配置，提高运动控制器的开放性，实现了硬件上的柔性。

所述的基于MPC5200的多轴运动控制器，MPC5200微控制器内系统接口配置单元(SIU，System Interface Unit)可以将数据总线配置为8位、16位或32位的宽度。因此运动控制器可以支持数个8位、16位或32位的外围设备同时连在系统总线上，可以外接8位、16位或32位的FLASH、SDRAM。

所述的基于MPC5200的多轴运动控制器，MPC5200提供了8个通用定时器资源(GPT0～GPT7)，所有的定时器都可以配置成以下任一模式：内部定时器、外部计数器、比较输出和PWM，除第一种模式以外，每个定时器都有一个I/O口与之对应。MPC5200控制一台电机需要占用两个定时器资源，其中一个设置为PWM输出，采用定脉宽调频的方式通过高速光耦隔离输出，驱动电机驱动器；另一个设置为内部定时器，用于控制运动控制器输出的脉冲个数。MPC5200最多可以控制4台步进电机或伺服电机。需要说明的是，任何一个GPT被设置成内部定时器后，该通用定时器的复用引脚就可以作为一个通用I/O口使用，MPC5200运动控制器使用这个通用定时器的复用引脚输出每台电机的方向控制信号。

所述的基于MPC5200的多轴运动控制器，当对伺服电机进行反馈控制时，可以通过外接定时器的方式，对电机编码器脉冲进行计数。