摘  要： 刻章機(jī),、繡花機(jī)等小型機(jī)電一體化產(chǎn)品對控制精度和系統(tǒng)成本都提出了很高的要求,。針對這些特殊的民用領(lǐng)域，采用基于SoC技術(shù)的高速單片機(jī)C8051F120實(shí)現(xiàn)低成本的運(yùn)動(dòng)控制解決方案,，并已推廣到小型工控領(lǐng)域,。
關(guān)鍵詞： 雕刻機(jī)；C8051F120,；SoC

    隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步,，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)取得了巨大的成就，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一,。運(yùn)動(dòng)控制器作為數(shù)控系統(tǒng)的核心運(yùn)算單元,，具有舉足輕重的地位。但縱觀所有市場,，幾乎所有的產(chǎn)品都定位于工控領(lǐng)域,，在低成本的民用領(lǐng)域卻很少涉及。針對低端運(yùn)動(dòng)控制器的市場應(yīng)用前景,，本文主要應(yīng)用SoC技術(shù),，采用SLAB公司最新推出的高性能混合信號(hào)處理器C8051F120，設(shè)計(jì)出基于SoC技術(shù)的運(yùn)動(dòng)控制器,，從而實(shí)現(xiàn)低成本的大規(guī)模生產(chǎn),。
1 雕刻數(shù)控系統(tǒng)的一般構(gòu)成
    雕刻機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)是指一種能夠裝載數(shù)控程序文件并能夠自動(dòng)控制機(jī)床進(jìn)行加工的控制系統(tǒng)。其工作原理：用計(jì)算機(jī)編制數(shù)控加工程序(或畫出需要雕刻的圖形),，通過存儲(chǔ)介質(zhì)傳輸給運(yùn)動(dòng)控制模塊,，運(yùn)動(dòng)控制模塊將NC程序解釋成特定的加工路徑數(shù)據(jù)，并通過查補(bǔ)和速度控制算法產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)(本文采用步進(jìn)電機(jī)),，控制X,、Y、Z等軸的進(jìn)給,，對工件進(jìn)行加工,。結(jié)合雕刻機(jī)，運(yùn)動(dòng)控制模塊的工作流程示意圖如圖1所示。

2 基于C8051F120的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)
    本設(shè)計(jì)采用SLAB公司最新推出的混合信號(hào)處理器C8051F120作為核心控制器,，在滿足插補(bǔ)速度的同時(shí),，成本相對較低，但沒有涉及到多軸插補(bǔ),，一般應(yīng)用在只需要低速度點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制和對軌跡要求不高的輪廓運(yùn)動(dòng)控制場合,。
2.1 C8051F120芯片簡介
    C8051F120器件是完全集成混合信號(hào)的片上系統(tǒng)型MCU芯片，具有100個(gè)I/O引腳,，其內(nèi)部采用高速,、流水線結(jié)構(gòu)、與8051兼容的CIP-51內(nèi)核,，運(yùn)行速度可達(dá)100 MIPS[1],；采用全速、非入侵式的系統(tǒng)片內(nèi)調(diào)試接口,，極大地方便了系統(tǒng)的調(diào)試,；其16×16的MAC單元可以提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力；128 KB的片上Flash和8 KB的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,，為大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供了空間[2],。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

2.2 C8051F120中直線插補(bǔ)的實(shí)現(xiàn)
    C8051F120是實(shí)現(xiàn)數(shù)控過程中運(yùn)算的關(guān)鍵,，全部運(yùn)算均由其完成,。當(dāng)采用逐點(diǎn)比較法實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)時(shí)，每走一步都需要4個(gè)節(jié)拍[3],。其實(shí)現(xiàn)步驟如下：
    (1)誤差判別,。判別偏差函數(shù)F的正負(fù)，確定工作點(diǎn)相對于規(guī)定曲線的位置,。
    (2)坐標(biāo)進(jìn)給,。根據(jù)偏差情況，控制X或Y坐標(biāo)進(jìn)給一步,，使工作點(diǎn)向規(guī)定的曲線靠攏,。
    (3)偏差計(jì)算。進(jìn)給一步后,，計(jì)算工作點(diǎn)與規(guī)定曲線的新偏差,，作為下一步偏差判別的依據(jù)。
    (4)終點(diǎn)判別,。判斷終點(diǎn)是否到達(dá),，如果未到達(dá)終點(diǎn)，繼續(xù)插補(bǔ),；如果已經(jīng)到達(dá)終點(diǎn),，則停止插補(bǔ)。
    4個(gè)象限內(nèi)的直線插補(bǔ)如圖3所示。

3 C8051F120中軟件的實(shí)現(xiàn)
    C8051F120具有雙周期的16×16 MAC單元,，其100 MIPS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)吞吐能力為逐點(diǎn)比較法實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)提供了強(qiáng)有力的支持[4],。只需先將坐標(biāo)絕對化，同時(shí)記錄象限值,，偏差判斷后決定進(jìn)給量即可方便地實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)。
3.1 直線插補(bǔ)程序流程
    軟件實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)的流程圖如圖4所示,。

3.2 直線插補(bǔ)的C語言實(shí)現(xiàn)
    為了提高C8051F120的運(yùn)行效率,，系統(tǒng)的數(shù)控軟件部分主要采用C語言編寫。方法如下：
   void line(long int xm ,，long int ym,，long int xe，long int ye,，v,，p)
   {
       long int xdata fm，e,，e0,；
       xm=0；
       ym=0,；
       xe=fabs(xe),；
       ye=fabs(ye)；
       fm=ym*xe-xm*ye,；
       e=xe+ye,；
       e0=0；    
       while(e)
       {
           if(fm>=0)
           {
               X_PUL=!X_PUL,；
               xm=xm+1,；
               ym=ym；
               fm=fm-ye,；
               e--,；
               e0++；
           }
           if(fm<0)
           {
               Y_PUL=!Y_PUL,；
               xm=xm,；
               ym=ym+1；
               fm=fm+xe,；
               e--,；
               e0++；
           }
           for(a=0,；a<v,；a++)；
       }
   }
    本文在吸收消化國內(nèi)外先進(jìn)產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)后，采用低成本的器件開發(fā)出極低成本,、性能優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)控制模塊,，能夠滿足廣泛的刻章機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)等小型數(shù)控系統(tǒng)的需要,，并可以繼續(xù)開發(fā)出高端運(yùn)動(dòng)控制器才有的脫機(jī)功能,，具有廣泛的推廣價(jià)值和使用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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