9款人形机器人召开全球首场发布会：它们不会反抗人类
06-21
1 简介 自20世纪90年代以来，随着现代微电子技术的发展，小型封闭系统还没有一个强大的体系结构来支持控制。
软件开发缺乏持久的开发能力，无法进行高可靠性的软件扩展，无法满足用户二次开发的需求。
因此，人们提出了一种开放式的数控系统解决方案，它具有高速的加工控制能力。
、精度高、应用环境网络化、集成化、系统结构灵活、开放性等特点。
现有的开放式数控系统实现方案主要采用PC与数控系统相结合的方法。
PC作为上位机，实现较为复杂的网络通信、人机交互等功能，数控系统作为下位机，与上位机集成。
输入的操作参数经过处理后交给执行组件执行。
同时，检测系统的反馈信息上传至上位机进行实时监控。
各模块之间的协调互不干扰，为系统升级带来了便利。
开放系统动态控制器的核心是DSP。
具有计算速度快、支持复杂运动算法的特点。
能够满足高精度运动控制的要求。
因此，以DSP为核心的多轴动态控制卡在运动控制系统中得到越来越广泛的应用。
将多轴动态控制卡插入PC扩展槽即可组成高精度运动控制系统。
位置反馈信号的采集、闭环控制计算和控制量的输出均由动态控制卡完成，大大提高了运算速度和控制响应速度，将工控机的资源从繁琐的数据采集中解放出来。
和计算，以便更好地实施整个控制系统的管理。
经过综合研究，作者采用TI的系列DSP作为微处理单元，采用PCI总线作为并行总线与PC机通信，并采用目前比较流行的现场总线技术与现场设备通信，所以这是一个基于现场总线和PCI总线的智能动态控制器。
2 动态控制器的系统组成 2.1 现场总线 基于PCI总线的动态控制器采用现场总线技术，解决了传统串行总线传输速率低、响应速度慢、出错率高等缺点。
同时，由于现场总线采用数字信号代替传统的模拟信号作为通信方式，解决了传统数控系统中较难的零漂问题，简化了系统实现。
同时，这种总线有利于开放系统的开发。
。
CAN是德国博世公司为解决现代汽车中众多控制和测试仪器之间的数控交换而开发的串行数据通信协议。
它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线或同轴电缆。
或者光纤，通信速率可达1Mb/s。
该协议由数据链路层和物理层组成。
数据链路层分为逻辑链路控制子层（LIC）和媒体访问控制子层（MAC）。
该协议的国际标准（ISO）现已形成。
CAN总线通信接口集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可以完成通信数据的帧处理（包括位填充、数据块编码、循环冗余校验和等），CAN总线有两种协议、CAN2.0A和CAN2.0B。
CAN协议最大的特点之一就是对通信数据块进行编码（取消传统的站地址编码）。
CAN协议采用CRC校验检查并提供相应的错误信息处理功能，保证数据通信的可靠性。
CAN总线以其可靠性高、通信速率快、稳定性好、抗干扰能力强、开发成本低等优点在工业控制领域得到广泛应用，被公认为最有前途的现场总线之一。
2.2 PCI总线 作为目前微机的主流总线标准，PCI总线最初是为了提高系统数据传输性能而设计的。
现在作为一种高性能的外设接口，与传统的ISA总线相比，PCI总线具有以下特点： 杰出的数据传输性能，总线宽度32位（可扩展至64位，）支持突发传输模式，PCI总线规范版本2.0支持3MHz总线操作，32位33MHz总线在读写操作中峰值传输速率达到MB/s（ISA最大传输速率8MB/s）； 兼容性好。
PCI总线组件和插件卡的设计独立于处理器。
定义了3.3-5V和5-3.3V分量的两种信号环境。
技术可以让等级过渡顺利； 即插即用。
每个PCI设备都有一个可以实现自动配置的配置空间，以便系统BIOS和操作系统的系统层软件可以自动配置系统组件和插卡； 线路主控和同步操作，PCI总线接口芯片可以对总线进行主控，其同步操作可以保证CPU和总线主控同时操作； 总线仲裁机制，PCI总线仲裁可以由PCI中的另一个总线主设备在总线上进行传输时发出，从而提高系统数据传输性能。
在PCI总线的设计中，采用了PLX公司的产品PCI。
这是一个高性能的PCI总线控制器。
它是专门为PCI板卡开发而设计的PCI总线控制器。
图1已发布。
数控系统总体结构框图。
2.3微处理器芯片 动态控制器板上有一颗高速DSP芯片作为运动控制模块的控制器。
本设计选用IT公司生产的TMSLF作为动态控制卡的控制芯片。
因为TMSxx系列DSP芯片是专门为控制电机而设计的高速芯片。
是一种性能低、价格低的产品。
同时，控制电机的伺服控制系统也采用该DSP芯片作为伺服控制器，因此具有良好的通信和系统兼容性。
TMSLF内部还有一个CAN控制器模块，因此不需要额外选择CAN控制器，简化了电路设计，提高了系统性能。
由于DSP芯片和PC都是控制器，因此它们对存储器的寻址方式不同。
为了统一编码，必须在PCI控制器和DSP之间添加双口RAM来连接两个控制器。
IDT是IDT公司生产的双口RAM。
它与普通RAM的区别在于它有2个地址单元和1个存储单元。
对于PC来说，它对应一段内存单元。
对于DSP来说，它可以对应一个片外存储单元，从而解决DSP与PC之间的通信问题。
本设计采用通用PC加实时控制单元的分层结构。
采用开放式数控系统上PC机的Windows环境，形成良好的人机界面。
开放式结构平台（动态控制器）利用PC机的资源优势，可以集成不同开发商提供的软件，适合联网需要。
具有与硬件无关的特点，设备级高速度、高可靠性，标准化的数字通信，可以满足用户的个性化需求，保证高性能和低成本。
3 系统硬件设计原理 基于CAN总线的动态控制卡的硬件结构如图2所示。
从个人PC传入的参数，如：加工参数、插补轨迹和一些状态信息，通过 PCI 总线传输到 PCI 控制器 PCI 的缓存 FIFO。
PCI作为总线主控，缓存来自PC的信息，最后存储在双口RAMIDT中。
由于双口RAM映射到PC机的部分内存地址，PC机就像操作内存一样将信息存储到双口RAM中，等待DSP读取。
DSP定期从双口RAM中读取PC机的各种控制信息。
DSP的主要功能是插入PC发送的信息。
利用插补算法形成伺服控制模块可以接受的动态信息，并将运动信息通过CAN总线传输给伺服控制器，由伺服控制器驱动伺服电机运动来控制运动的数控机床。
设计中，由于PCI和IDT均为5V器件，TMSLF为3.3V器件，且PCI插槽提供5V电源模块，电路仅使用电压转换电路将5V信号转换为3.3V信号，如下如图2所示。
由于DSP内置CAN控制器，因此只需要外接一个PCAC0T-CAN收发器即可直接挂在CAN总线上进行通信。
4 数控系统软件设计 开放式CAC系统解决软件共性问题的最重要措施是采用通用操作系统。
本系统的PCI动态控制卡设计为在Windows90//XP中文操作系统下正常工作，软件框图如图3所示。
为了使系统满足控制要求，以下关键需要解决的问题： (1)保证系统相应的实时性 系统以足够快的速度处理外部信息，并在一定时间内完成 该控制系统使用Windows中断来保证实时响应； （2）协调多任务调度 数控系统中存在多种不同优先级的任务，这就要求系统软件能够合理、有序地调度这些任务的运行，多任务是指多个任务可以同时运行。
并行运行。
调度的关键是按照一定的优先级和事件发生的顺序，合理地切换各个任务的状态； （3）提供任务通信机制 由于数控系统中的各个任务不是孤立的，任务之间必须完成信息交换和资源共享。
CNC系统中的通讯有两种形式，互斥和同步。
互斥是针对不能共享的访问问题，比如对于大多数外部设备和共享的可读写数据区域，同步是指任务之间的协同工作。
任务之间的相对速度是不可预测的，必须通过任务通信机制进行同步； (4) 提供定时和延迟 定时和延迟功能一般由时钟提供，数控系统的大部分任务是根据定时或延迟条件启动的。
5 驱动 PCI设备驱动需要解决的问题首先是即插即用问题，即如何获取系统分配给设备的配置资源，然后如何访问设备 I/O 内存映射。
硬件，如何处理硬件中断，最后解决与应用程序的通信问题。
5.1 获取系统分配的配置资源 对于即插即用设备，系统动态分配系统资源。
如何获取系统分配给这些内存单元的地址是VxD驱动需要解决的首要问题。
在PCI配置周期机制中，主桥提供了两个寄存器用于操作配置空间。
第一个是配置空间基地址寄存器CANFIG-ADDRESS。
双字地址为CF8H。
第二个是配置空间数据。
缓冲寄存器CONFIG-DATA，地址为CFCH。
配置空间的操作就是向器件的CONFIG-DATA寄存器输入一个值。
此后，如果读或写CONFIG-DATA寄存器，PCI控制器会将CONFIG-ADDRESS寄存器中的 值转换为PCI总线上所需的配置周期。
5.2 VxD 与应用程序之间的通信 VxD 运行在系统 Ring0 级别，处理系统的底层设备。
应用程序使用它提供的接口服务来处理硬件。
Windows 允许 VxD 和应用程序之间进行双向通信。
在Windows中，Win23应用程序与VxD的通信方式只有一种，就是使用设备输入输出控制函数DeviceIoControl()实现，使用CreateFile()函数加载VxD获取VxD设备句柄。
如果调用成功，Win32应用程序就可以调用DeviceIoControl()程序与VxD进行通信。
VxD的命令码需要按照其固定格式定义。
程序中一共定义了2个命令码，用于VxD对Win32应用程序进行异步进程调用时对双口静态RAM的读写操作以及回调函数地址传输。
。
VxD中DeviceIocontrol()函数的对应函数是OnW32DeviceIocontrol()函数，它控制W32_DeviceIoControl信息。
当Win32应用程序动态加载Vxd、动态卸载VxD并调用DeviceIoControl函数时，会触发OnW32DeviceI0control()函数， 该函数的参数还包括应用程序调用VxD的命令代码，VxD进行相应的处理根据他们的价值观。
另外，由于采用中断方式读取DSP处理的数据，因此当中断事件发生时，VxD需要异步通知Win32应用程序。
设计时，在应用程序中创建了两个线程，一个用于等待中断事件。
，当中断事件发生时，DSP读取数据并发送给双口RAM，另一口用于显示数据。
5.3 访问 I/O 和内存 S串行存储器中，PCI配置基地址寄存器BADR1配置为4k、16位寄存器空间，BADR2设置为8个自己的I/O空间，基地址寄存器BADRO对应16个双字节PCI S操作寄存器内部的总线，使用搜索方式获取配置空间数据时，可以获取内存空间基地址和I/O端口基地址。
5.4 处理中断 当DSP处理数据填满2k内存空间时，PCI将产生中断。
中断信号从配置空间寄存器中读取。
PCI设备分配的硬件中断信号是共享中断，必须使用类VsharedHardwareInt。
中断通知事件处理函数OnSharedHardwareInt()。
？机床各参数的转换数据发送至底层VxD进行通信。
6.2 解决程序模块 解释应用程序中从人机界面模块传入的参数，完成将上位机输入信息解释为下位机DSP可以执行的语言，并程序解释模块固化在卡的DSP片上ROM中的PCI板卡中。
6.3 PLC接口模块 实现PCI控制卡与现场总线上PLC模块的通信。
由于CAN总线的特点是PLC模块的控制可以作为PCI控制卡上的应用模块。
从而实现模块化控制。
6.4插补模块 基于加工信息的解释，调用运动学算法模块，将运动平台在操作空间中的运动转换为空间中的伺服运动，真实生成刀具的运动轨迹时间，并转换各伺服轴的运动指令发送至伺服模块。
6.5 运动算法模块 主要为伺服驱动器提供逆解和速度映射算法，并为加工状态的实时模拟和精度补偿提供正解算法。
7 结论 采用PC+动态控制卡方式实现数控系统开放式设计方法，开发周期短，系统可靠性高，有利于机床功能的扩展。
由于软件采用模块化、基于组件技术，界面友好、操作方便。
方便用户软件升级和二次开发。
版权声明：本文内容由互联网用户自发贡献，本站不拥有所有权，不承担相关法律责任。如果发现本站有涉嫌抄袭的内容，欢迎发送邮件 举报，并提供相关证据，一经查实，本站将立刻删除涉嫌侵权内容。
标签：
相关文章
06-18
06-08
06-21
06-18
06-17
06-21
06-18
06-17
最新文章
使用电子管有哪些注意事项？如何检查电子管之间是否短路？
博通支付1200万美元和解SEC财务欺诈指控
八名运营商高管确认加入虚拟运营商
内蒙古农牧区雷电灾害成因分析及防雷对策
北京联通将5G应用于世园会远程医疗急救
TD-SCDMA最后一轮冲刺测试启动，产业前景更加光明
专访阿里云总裁王健：云计算服务平台梦想成真
USB2.0控制器CY7C68013的接口设计与实现