1概述

PC機與多臺單片機構成小型的分布式測控系統已在工業控制、生產管理中得到了廣泛的應用。在這類應用系統中，PC機多作為上位機通過直接查詢來控制各從機。由于PC機本身還要進行動態數據顯示、數據庫實時錄入、越限報警、報表打印等任務，因此，當從機數目過多時，上位機頻繁地響應從機的中斷，并在一定時間內等待和接收數據這極大地影響了PC機的工作效率。為了提高上位機的工作效率，筆者在PC機與各個智能模塊間增加了一塊用AT89C51作為微控制器的通信控制卡。整個系統構成一個3級分級控制系統，通信控制卡位于中間層，它是系統控制、管理的中樞。

2通信控制卡硬件電路

在本系統中，通信控制卡采用查詢方式對下位機的各智能模塊進行查詢，該智能模塊由AT89C51控制的電量、溫度、液位、開關量采集板構成，它們分別可獨立完成各自的數據采集和處理任務。當處于被查詢狀態時，系統可采用中斷方式與通信卡進行通信。通信卡依次為人機完成各種數據處理任務提供各種數據和控制命令，然后把它們統一打包上傳給上位機，從而使上位機可以對其進行顯示、加工和處理，并形成各種報表。

該系統的硬件接口電路如圖1所示。其中控制卡的核心芯片是AT89C51，它利用本身自帶的串口與各智能模塊間通過多機通信方式3進行總線式多機通信。為了同時能與PC進行通信，另一端通過8251A的擴展串口與PC相連。即要求8251A芯片的接收數據線RXD（腳3）及發送數據線TXD（腳19）通過MAX232與PC相連這是因為電平轉換器8251A的輸入、輸出均為TTL電平，而通過電平轉換器可將TTL電平轉換成RS232C標準電平以便與PC進行通信。

8251A芯片的時鐘輸入線CLK可為其提供定時信號。在異步方式時，CLK的頻率至少應大于8251A內接收器或發送器輸入頻率的4．5倍。其引腳RXC（腳25）為接收器時鐘，它的作用是控制字符的發送速率，其時鐘可使用8253產生的合適時鐘頻率。在異步方式中，引腳RXC和TXC（即接收、發送時鐘）為波特率的16倍。該控制卡中擴展的8kBRAM可分別開辟4個不同的存儲電量采集板的數據，處理時可以將它們一起送到PC。

摘要：簡要介紹了基于CompactPCI總線的熱插拔通用運動控制卡的硬件結構，并對CompactPCI總線接口的硬件設計進行了討論，提出了電氣措施和設計要點。

關鍵詞：運動控制CompactPCI總線PCI9030熱插拔

近年來，隨著嵌入式系統的快速發展及其對硬件可靠性要求的提高，特別是帶有多個運動控制卡的網絡運動控制系統的發展，對運動控制卡提出了新的要求。運動控制卡應具有帶熱插拔功能的CompactPCI總線接口。在這樣的運動控制系統中，采用可靠性高的嵌入式系統軟件，上位機只需對被控對象實施總體的控制和管理；而位置反饋信號的采集、閉環控制的計算及控制量的輸出則均可由以DSP為核心的運動控制卡完成，極大地提高了運算速度和控制響應速度。通過帶熱插拔功能的CompactPCI總線接口的上下機聯接，使系統具有更高的可靠性和帶電更換故障板卡的能力。

1CompactPCI接口總線概述

CompactPCI接口總線定義了更加堅固耐用的PCI版本。在電氣、邏輯和軟件方面，它與PCI標準完全兼容。CompactPCI接口卡安裝在支架上，并使用標準的Eurocard外型。CompactPCI雖然與標準PCI屬同一標準，二者還是有很大的不同。CompactPCI相對PCI來講具有很多優點：(1)具有更好的機械特性。它增強了PCI系統在電信或其它條件惡劣的工業環境中的可維護性和可靠性。(2)采用Eurocard封裝，系統中氣流均勻。(3)CompactPCI連接器的電源和信號引線支持熱插拔規范，這對于容錯系統是非常重要的，也是標準PCI所不能實現的功能。(4)總線易于擴展，可同時支持多達256個標準的PCI總線設備。(5)CompactPCI背板的連接器插針分為長針、中長針和短針。長針是一些電源針，最短的針是BD-SEL#，其它總線信號和部分電源信號是中長針。連接器插槽J1插孔有長針插孔、中長針和短針插孔，而J2插槽都是中長針插孔。

2系統的硬件結構概述

摘要：介紹了在系統可編程（ISP）器件及其優點，分析了PC多軸運動控制卡關鍵電路的作原理，并由高密度的ISP器件設計實現，運動結果表明所設計的電路完全達到了設計要求。

關鍵詞：在系統可編程雙口RAM多軸運動控制卡

當今，數控系統正在朝著高速度、高精度以及開放化、智能化、網絡化的方向發展，而高速度、高精度是通過控制執行部件（包括運行控制卡及伺服系統）來保證的。以往的運動控制卡主是基于單片機和分立數字電路制作的，用以實現位置控制、光柵信號處理等功能。由于器件本身執行速度慢、體積大、集成度低，并且結構固定，電路制作完成以后，無法改變其功能和結構。采用在系統可編程技術，應用ispLSI器件開發的PC——DSP多軸運動控制卡，能夠完全解決上述問題，適應數控系統發展的需要。

1ISP器件及其優點

ISP（In-SystemProgrammability）器件，是美國Lattice半導體公司于20世紀90年代初開發出的一種新型高密高速的現場可編程數字電路器件，具有在系統可編程能力和邊界掃描測試能力，非常適合在計算機、通信、DSP系統以及遙測系統中使用。

在系統可編程技術與傳統邏輯電路設計比較，其優點在于：（1）實現了在系統編程的調試，縮短了產品上市時間，降低了生產成本。（2）無需使用專門的器件編程設置，已編程器件無須倉庫保管，避免了復雜的制造流程，降低了現場升級成本。（3）使用ISP器件，不僅能夠在可重構器件的基礎上設計開發自己的系統，還可以在不改變輸入、輸出管腳的條件下，隨時修改原有的數字系統結構，真正實現了硬件電路的“軟件化”，將器件編程和調試集中到生產最終電路板的測試階段，使系統調試數字系統硬件現場升級變得容易而且便宜[1]。

摘要：設計了一種步進電機控制系統。該系統通過運動控制卡產生脈沖和方向信號。用MicrosoftVisualBasic編輯界面程序。調用控制卡中的運動函數庫，動態改變脈沖頻率，控制電機的轉向和轉速，從而在開環控制狀態下實現對步進電機的控制。既提高了實時性和快速性，又方便實用。

關鍵詞：步進電機；運動控制卡；開環控制

1引言

運動控制系統的上位控制方案一般有單片機系統、專業運動控制PLC、專用控制系統和“PC＋運動控制卡”。采用單片機系統實現運動控制，成本較低，但開發難度較大，周期長。這種方案一般適用于產品批量較大、控制系統功能簡單、有單片機系統開發經驗的用戶。許多品牌的PLC都可選配定位控制模塊，有些PLC的CPU單元本身就具有運動控制功能，如松下公司的FP0。這種方案一般適用于運動過程比較簡單、運動軌跡固定的設備，如送料器、自動焊機等。專用控制系統一般是針對專用設備或專用行業，比如西門子公司的車床數控系統和銑床數控系統等。“PC＋運動控制卡”的方案隨著PC的普及用得越來越多，將是運動控制系統的主要發展趨勢。這種方案可充分利用計算機資源，用于運動過程、機械軌跡都比較復雜，而且柔性比較強的機器設備，比如目前很熱門的開放式數控系統大多采用這種方案。

本文介紹的控制系統采用的就是“PC＋運動控制卡”方案，這是本文的主要內容。

2系統組成及硬件介紹

一、用單片機系統來實現運動控制。

此系統由單片機芯片、外圍擴展芯片以及通過搭建外圍電路組成。在“位置控制”方式時，通過單片機的I/O口發數字脈沖信號來控制執行機構行走；“速度控制”方式時，需加D/A轉換模塊輸出模擬量信號達到控制。此方案優點在于成本較低，但由于一般單片機I/O口產生脈沖頻率不高，對于分辨率高的執行機構尤其是對于控制伺服電機來說，存在速度達不到，控制精度受限等缺點。對于運動控制復雜的場合，例如升降速的處理，多軸聯動，直線、圓弧插補等功能實現起來都需要自己編寫算法，這必將帶來開發起來難度較大，研發周期較長，調試過程煩瑣，系統一旦定型不太容易擴充功能、升級、柔性不強等問題。因此這種方案一般適用于產品批量較大、運動控制系統功能簡單、且有豐富的單片機系統開發經驗的用戶。

二、采用專業運動控制PLC來實現運動控制。

目前，許多品牌的PLC都可選配定位控制模塊，有些PLC的CPU單元本身就具有運動控制功能（如松下NAIS的FP0，FPΣ系列），包括脈沖輸出功能，模擬量輸出等等。使用這種PLC來做運動控制系統的上位控制時，可以同時利用PLC的I/O口功能，可謂一舉兩得。PLC通常都采用梯形圖編程，對開發人員來說簡單易學，省時省力。還有一點不可忽視，就是它可以與HMI（人機界面）進行通訊，在線修改運動參數，如軸號，速度，位移等。這樣整個控制系統中從輸入到控制再到顯示，非常便利。一方面將界面友好化，另一方面將控制系統的成本從整體上節省了。但具有脈沖輸出功能的PLC大多都是晶體管輸出類型的，這種輸出類型的輸出口驅動電流不大，一般只有0.1~0.2A。在工業生產中，作為PLC驅動的負載來說，很多繼電器開關的容量都要比這大，需要添加中間放大電路或轉換模塊。與此同時，由于PLC的工作方式（循環掃描）決定了它作為上位控制時的實時性能不是很高，要受PLC每步掃描時間的限制。而且控制執行機構進行復雜軌跡的動作就不太容易實現，雖說有的PLC已經有直線插補、圓弧插補功能，但由于其本身的脈沖輸出頻率也是有限的（一般為10K~100K），對于諸如伺服電機高速高精度多軸聯動，高速插補等動作，它實現起來仍然較為困難。這種方案主要適用于運動過程比較簡單、運動軌跡固定的設備，如送料設備、自動焊機等。

三、采用專用數控系統作為上位控制。

專用的數控系統一般都是針對專用設備或專用行業而設計開發生產的，像專用車床數控系統，銑床數控系統，切割機數控系統等等。它集成了計算機的核心部件，輸入、輸出外圍設備以及為專門應用而開發的軟件。由于是“專業對口”，人們可以盡情發揮“拿來主義”。不需要進行什么二次開發，對使用者來說只需通過熟悉過程達到能操作的目的就行。在這方面，國外知名品牌的產品在我國制造行業中早已占領了了領地，如西門子，法那克，法格，海寶等等。當然，之所以它們能大規模廣泛地被采用和這種專用數控系統，是因為其功能豐富，性能穩定可靠。但為之付出的代價就是高成本。因此，適用于控制要求較高且產品檔次較高的數控設備生產廠家和使用者。

摘要：信息時代的高新技術流向傳統產業，引起后者的深刻變革。作為傳統產業之一的機械工業，在這場新技術革命沖擊下，產品結構和生產系統結構都發生了質的躍變，微電子技術、微計算機技術使信息和智能與機械裝置和動力設備相結合，促使機械工業開始了一場大規模的機電一體化技術革命……

關鍵詞：運動控制系統上位控制單元方案

信息時代的高新技術流向傳統產業，引起后者的深刻變革。作為傳統產業之一的機械工業，在這場新技術革命沖擊下，產品結構和生產系統結構都發生了質的躍變，微電子技術、微計算機技術使信息和智能與機械裝置和動力設備相結合，促使機械工業開始了一場大規模的機電一體化技術革命。隨著計算機電子電力和傳感器技術的發展，各先進國家機電一體化產品層出不窮。機床、汽車、儀表、家用電器、輕工機械、紡織機械、包裝機械、印刷機械、冶金機械、化工機械以及工業機器人、智能機器人等許多門類產品每年都有新的進展。機電一體化技術已越來越受到各方面的關注，它在改善人民生活、提高工作效率、節約能源、降低材料消耗、增強企業競爭力等方面起著極大的作用。在機電一體化技術迅速發展的同時，運動控制技術作為其關鍵組成部分，也得到前所未有的大發展。

在一個運動控制系統中“上位控制”和“執行機構”是系統中舉足輕重的兩個組成部分。“執行機構”部分一般不外乎：步進電機，伺服電機，以及直流電機等。它們作為執行機構，帶動刀具或工件動作，我們稱之為“四肢”；“上位控制”單元的方案主要有四種：單片機系統，專業運動控制PLC，PC+運動控制卡，專用控制系統。“上位控制”是“指揮”執行機構動作的，我們也稱之為“大腦”。以下，我們將分述系統中的“大腦”中的各個部分，并詳盡地論述“PC+運動控制卡”方案。

一、用單片機系統來實現運動控制。

此系統由單片機芯片、外圍擴展芯片以及通過搭建外圍電路組成。在“位置控制”方式時，通過單片機的I/O口發數字脈沖信號來控制執行機構行走；“速度控制”方式時，需加D/A轉換模塊輸出模擬量信號達到控制。此方案優點在于成本較低，但由于一般單片機I/O口產生脈沖頻率不高，對于分辨率高的執行機構尤其是對于控制伺服電機來說，存在速度達不到，控制精度受限等缺點。對于運動控制復雜的場合，例如升降速的處理，多軸聯動，直線、圓弧插補等功能實現起來都需要自己編寫算法，這必將帶來開發起來難度較大，研發周期較長，調試過程煩瑣，系統一旦定型不太容易擴充功能、升級、柔性不強等問題。因此這種方案一般適用于產品批量較大、運動控制系統功能簡單、且有豐富的單片機系統開發經驗的用戶。

摘要：介紹了一種多臺單片機與PC機通信的方法，給出了通過一塊通信控制卡來實現與多臺單片機的實時通信，并將數據上傳給上位機以提高通信可靠性和效率的設計方法，同時給出了該通信控制卡的硬件接口電路和軟件設計框圖。

關鍵詞：單片機；智能模塊；串口通信

1概述

PC機與多臺單片機構成小型的分布式測控系統已在工業控制、生產管理中得到了廣泛的應用。在這類應用系統中，PC機多作為上位機通過直接查詢來控制各從機。由于PC機本身還要進行動態數據顯示、數據庫實時錄入、越限報警、報表打印等任務，因此，當從機數目過多時，上位機頻繁地響應從機的中斷，并在一定時間內等待和接收數據這極大地影響了PC機的工作效率。為了提高上位機的工作效率，筆者在PC機與各個智能模塊間增加了一塊用AT89C51作為微控制器的通信控制卡。整個系統構成一個3級分級控制系統，通信控制卡位于中間層，它是系統控制、管理的中樞。

2通信控制卡硬件電路

在本系統中，通信控制卡采用查詢方式對下位機的各智能模塊進行查詢，該智能模塊由AT89C51控制的電量、溫度、液位、開關量采集板構成，它們分別可獨立完成各自的數據采集和處理任務。當處于被查詢狀態時，系統可采用中斷方式與通信卡進行通信。通信卡依次為人機完成各種數據處理任務提供各種數據和控制命令，然后把它們統一打包上傳給上位機，從而使上位機可以對其進行顯示、加工和處理，并形成各種報表。

摘要：信息時代的高新技術推動了傳統產業的迅速發展，在機械工業自動化中出現了一些運動控制新技術：全閉環交流伺服驅動技術、直線電機驅動技術、可編程計算機控制器、運動控制卡等。本文主要分析和綜述了這些新技術的基本原理、特點以及應用現狀等。

關鍵詞：伺服驅動技術，直線電機，可編程計算機控制器，運動控制

1引言

信息時代的高新技術流向傳統產業，引起后者的深刻變革。作為傳統產業之一的機械工業，在這場新技術革命沖擊下，產品結構和生產系統結構都發生了質的躍變，微電子技術、微計算機技術的高速發展使信息、智能與機械裝置和動力設備相結合，促使機械工業開始了一場大規模的機電一體化技術革命。

隨著計算機技術、電子電力技術和傳感器技術的發展，各先進國家的機電一體化產品層出不窮。機床、汽車、儀表、家用電器、輕工機械、紡織機械、包裝機械、印刷機械、冶金機械、化工機械以及工業機器人、智能機器人等許多門類產品每年都有新的進展。機電一體化技術已越來越受到各方面的關注，它在改善人民生活、提高工作效率、節約能源、降低材料消耗、增強企業競爭力等方面起著極大的作用。

在機電一體化技術迅速發展的同時，運動控制技術作為其關鍵組成部分，也得到前所未有的大發展，國內外各個廠家相繼推出運動控制的新技術、新產品。本文主要介紹了全閉環交流伺服驅動技術（FullClosedACServo）、直線電機驅動技術（LinearMotorDriving）、可編程序計算機控制器（ProgrammableComputerController，PCC）和運動控制卡（MotionControllingBoard）等幾項具有代表性的新技術。

摘要：信息時代的高新技術推動了傳統產業的迅速發展，在機械工業自動化中出現了一些運動控制新技術：全閉環交流伺服驅動技術、直線電機驅動技術、可編程計算機控制器、運動控制卡等。本文主要分析和綜述了這些新技術的基本原理、特點以及應用現狀等。

關鍵詞：伺服驅動技術，直線電機，可編程計算機控制器，運動控制

一、引言

信息時代的高新技術流向傳統產業，引起后者的深刻變革。作為傳統產業之一的機械工業，在這場新技術革命沖擊下，產品結構和生產系統結構都發生了質的躍變，微電子技術、微計算機技術的高速發展使信息、智能與機械裝置和動力設備相結合，促使機械工業開始了一場大規模的機電一體化技術革命。

隨著計算機技術、電子電力技術和傳感器技術的發展，各先進國家的機電一體化產品層出不窮。機床、汽車、儀表、家用電器、輕工機械、紡織機械、包裝機械、印刷機械、冶金機械、化工機械以及工業機器人、智能機器人等許多門類產品每年都有新的進展。機電一體化技術已越來越受到各方面的關注，它在改善人民生活、提高工作效率、節約能源、降低材料消耗、增強企業競爭力等方面起著極大的作用。

在機電一體化技術迅速發展的同時，運動控制技術作為其關鍵組成部分，也得到前所未有的大發展，國內外各個廠家相繼推出運動控制的新技術、新產品。本文主要介紹了全閉環交流伺服驅動技術（FullClosedACServo）、直線電機驅動技術（LinearMotorDriving）、可編程序計算機控制器（ProgrammableComputerController，PCC）和運動控制卡（MotionControllingBoard）等幾項具有代表性的新技術。

1.針對社會需求,改進教學方法和內容

該門課程主要學習各種常用LED條屏的制作,引導學生深人理解LED條屏構成、基本原理和制作方法,并培養學生制作LED條屏的基本能力。本人通過教學實踐對教學內容和要求做了如下探討。

1.1下達視屏幕場制作項目任務書主要內容包括:通過實物圖片展示常見LED顯示屏,掌握LED顯示屏的基本組成,能夠畫出LED顯示屏的構成框圖,信息搜集LED顯示屏有哪些應用。要求:通過課外信息采集,查閱常見LED顯示屏的基本組成,到相關生產安裝單位觀看其安裝調試過程;查閱LED顯示屏的基本組成等資料,了解其結構、工作原理及使用方法;了解LED顯示屏的結構、工作原理及接線方法。

1.2指導學生搜集LED電子顯示屏相關信息主要內容包括:各種類型發光二極管、常見LED顯示屏基本構成、性能指標,常用連接線、制作連接線工具的正確使用,LED顯示屏控制卡的功能及其基本構成。要求:了解LED顯示屏單元板的規格;掌握LED顯示屏的基本構成;掌握LED顯示屏的性能指標;認識LED顯示屏控制卡;掌握LED顯示屏控制卡的功能;掌握LED顯示屏控制卡的基本構成;掌握LED顯示屏的結構、工作原理,學會其接線方法。

1.3指導學生學會LED電子顯示屏硬件選型主要內容包括:正確選擇LED顯示屏單元板、控制卡、獨立電源及其信號連接線,課外信息采集硬件選擇的要求、方法、渠道。要求:常見LED顯示屏單元板的規格、尺寸、主要參數;LED顯示屏控制卡、獨立電源及其信號連接線選擇要求;正確選擇LED顯示屏單元板、控制卡、獨立電源及其信號連接線;硬件選擇的要求、方法、渠道;學生完成課外信息采集。

1.4井指導學生完成LED電子顯示屏項目實施主要內容包括:常用工具、元器件準備與檢測,制作信號連接線方法(排線、串口線),完成制作信號連接線,了解常見LED顯示屏邊框制做方法,完成LED顯示屏組裝與調試,完成LED顯示屏組裝與調試及其LED條屏字幕的變換,正確使用軟件與調試,實現常見故障的排除。要求:使用常用工具完成元器件準備與檢測;掌握制作信號連接線方法(排線、串口線);完成制作信號連接線;了解常見LED顯示屏邊框制做方法;學會LED顯示屏邊框制做;掌握LED顯示屏組裝與調試方法;實現LED條屏字幕的變換;能夠實現常見故障排除;正確實現軟件的使用與調試;思考LED顯示組裝與調試過程。