专利名称：：同步驱动伺服电机的控制模块的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及一种同步驱动伺服电机的控制模块。
背景技术：
：目前，随着市场竞争的加剧，制造业企业需要持续地追求提升产品品质并降低生产成本，因而对于自动化工业设备中伺服系统精准度的要求，亦不断地提高，由于伺服电机可以配合控制程序，精准地执行动作，故被广泛地应用至各种高精度工业设备中，如半导体制成设备、各种自动化组装设备及工业机器人等，以对这些工业设备进行精确的动作控制，且已成为其不可或缺的驱动组件，而随着近年来迅速发展的计算机技术被运用于工业设备的开发及设计中，伺服电机动作的精确控制有了较大发展。传统上，自动化工业设备由对其内含的伺服电机，分别传送电压脉波讯号，以控制各伺服电机的转动，包括正转、停止、逆转及转动单位数，如图l所示是一典型的电压脉波讯号时序图，一脉波讯号系由复数个讯框(Frame)所构成，单一讯框由一高脉波(PulseHigh)及一低脉波(PulseLow)所构成，其所占时间为一周期，亦称为讯框时间(FrameTime)ll，一高脉波所占时间又称为脉宽(PulseWidth)12，高脉波命令伺服电机转动，低脉波则命令伺服电机停止，脉宽占脉波周期的比例，又称为工作周期(DutyCycle),且不同的脉宽则能命令伺服电机正转或逆转，一个讯框能使伺服电机转动一个单位，亦即转动至一固定角度，如此，可由讯框数量控制伺服电机转动的角度。以一种常见的自动化机具为例，如图2所示，该自动化机具包括一机台21及四支机械手臂22、23、24及25，该机台21及各机械手臂22、23、24及25依序相连接，且机台21与机械手臂22间及相邻二机械手臂间各设有一转动轴，该转动轴分别被四个伺服电机31、32、33及34带动，该机具尚包括一计算机设备40，该计算机设备40具有控制软件，能根据预先设定的控制程序，分别对各伺服电机31、32、33及34发出电压脉波讯号41、42、43及44，以通过各脉波讯号41、42、43及44，分别控制各伺服电机31、32、33及34的正转、停止、逆转及转动单位数，使各机械手臂22、23、24及25准确地位移至指定的位置，因此，该计算机设备40必需耗费极大的效能，对各该伺服电机31、32、33及34的转动，依序地进行运算处理，再传送讯号，而无法同步地传送讯号以驱动各伺服电机，甚至可能造成程控延迟，使得各伺服电机31、32、33及34所驱动的齿轮(图中未示)在转动过程中，产生背隙(Backlash)误差，进而因误差累积，导致自动化机具最末端的工作部35位置发生严重偏差，而影响其动作的精确度，此外，因各伺服电机31、32、33及34并异步地被驱动，使自动化机具的作动速度受到相当大的限制。上述计算机设备通常以单一中央处理器进行运算及处理，为解决计算机效能不足的问题，有厂商在计算机设备中设置复数个计算机芯片，或设置复数台计算机设备，分别控制各伺服电机的正转、停止、逆转及转动单位数，使各机械手臂能准确地位移至指定的位置，这些方式虽能改善各机械手臂的运作效率及精准度，但计算机设备必须搭配更为复杂的控制软件，且控制程序编写难度也相对地提高，将大幅增加软件开发及程序编写的维护成本，且因计算机芯片或计算机装置的价格昂贵，故设置多个计算机芯片或计算机装置，亦将大幅提高自动化机具的硬件成本。综上所述，如何设计出一种控制模块，以期能有效解决上述自动化机具对于伺服电机控制上的诸多缺点，从而降低成本、提高精度，是亟待需要解决的问题。
发明内容本实用新型的目的是提供一种同步驱动伺服电机的控制模块，该控制模块包括一计算机芯片及复数个脉宽调变(PulseWidthModulation,简称PWM)模块，该计算机芯片通过一总线(Bus)与一输入输出地址译码器(I/OAddressDecoder)、一同步缓存器(SynchronousRegister)、一中断状态缓存器(InterruptMaskControlStatusRegister)及各脉宽调变模块相连接，同步缓存器与中断状态缓存器通过复数条传输线路或通过该总线与各脉宽调变模块相连接，各脉宽调变模块连接一伺服电机；计算机芯片依照预先设定的控制程序，并根据输入输出地址译码器的译码地址，将用以控制各伺服电机转动一单位的高脉波值、低脉值及用以控制各该伺服电机重复转动的单位数量资料，分别写入至各脉宽调变模块中，而同步缓存器根据计算机芯片传来的同步激活讯号，同步激活各脉宽调变模块，使得各脉宽调变模块能根据高脉波值、低脉值及单位数量等资料，产生对应单位数量的高脉波及低脉波，即产生一脉宽调变讯号，再传送至与其相连接的伺服电机；当各脉宽调变模块己产生对应单位数量的高脉波及低脉波后，将传送一中断讯号至中断状态缓存器，并通过中断状态缓存器传送至计算机芯片，使得计算机芯片能得知各伺服电机是否已转动对应的单位数量。这样计算机芯片能通过这些脉宽调变模块，同步驱动复数个伺服电机，有效地简化对伺服电机的控制程序。本实用新型的另一目的是在各脉宽调变模块内包含一高脉波值缓存器(PulseHighRegister)、一低脉波值缓存器(PulseLowRegister)、一脉波控制缓存器(PulseControlRegister)、一高脉波值计数器(PulseHighcounter)、一低脉波值计数器(PulseLowCoimter)、一脉波重复计数器(PulseRepeatcounter)及一反转脉波控制器(InversePulseControl)。该计算机芯片根据该输入输出地址译码器的译码地址，将用以控制各伺服电机转动一单位的高脉波值、低脉波值及将用以控制各该伺服电机重复转动的单位数量等资料，通过总线分别写入至各高脉波值缓存器、低脉波值缓存器及脉波控制缓存器中，然后计算机芯片通过同步缓存器同步激活各脉宽调变模块，各脉宽调变模块内即产生一高频(如10MHz)的时脉(Clock)讯号，同步输入至高脉波值计数器、低脉波值计数器、脉波重复计数器，使得其脉波重复计数器能根据脉波控制缓存器中的单位数量，分别控制高脉波值计数器及低脉波值计数器，对时脉讯号做除频处理，以产生对应单位数量的高脉波(PulseHigh)及低脉波(PulseLow),再传送至反转脉波控制器进行处理后，产生一脉宽调变讯号，以输出至对应的伺服电机，另外当脉波控制缓存器接收到总线传来的单位数量中包含有令伺服电机反转的单位数量，即驱动反转脉波控制器，对高脉波值计数器及低脉波值计数器传来的高脉波及低脉波，进行反转处理后，始输出一脉宽调变讯号至对应的伺服电机。当各脉宽调变模块内的脉波重复计数器侦测到高脉波值计数器及低脉波^^十数器，已产生对应单位数量的高脉波及低脉波后，将传送一中断讯号至中断状态缓存器中储存，故计算机芯片可借由读取中断状态缓存器的资料，即能得知各伺服电机是否已转动对应的单位数量，且在各伺服电机转动过程中，不需再读取各伺服电机回传之回授讯号，亦不必进行误差补偿的运算处理，能有效简化计算机芯片对伺服电机的控制程序，更有效提升计算机芯片的处理效能。本实用新型的又一目的是使一自动化机具所属的复数个伺服电机能被同步驱动，节省待机时间，有效地提升自动化机具的动作效率，且在转动过程中，各伺服电机所驱动的齿轮，不会因异步运转或因程控延迟，而发生背隙(Backlash)误差累积，导致该自动化机具动作的精确度发生严重偏差，故能有效提升其运动控制的精准度，此外，因同步驱动模式对各伺服电机的控制程序更简易，故能大幅降低过程控制软件的开发及维护成本。因此，本实用新型要解决的技术问题是提供一种大幅降低控制软件开发及维护成本，有效提升伺服电机的同步运转效率及精准度的同步驱动伺服电机的控制模块。为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案一种同步驱动伺服电机的控制模块，包括一计算机芯片、一输入输出地址译码器、一总线、一同步缓存器、一中断状态缓存器和脉宽调变模块，所述脉宽调变模块为复数个并分别与伺服电机相连接；所述输入输出地址译码器分别与计算机芯片及各脉宽调变模块相连接，用以将计算机芯片传来的输入输出地址，译码成对应的译码位置；所述总线分别与计算机芯片、输入输出地址译码器及各脉宽调变模块相连接，以根据输入输出地址译码器的译码地址，将计算机芯片传来的用以控制各伺服电机转动一单位的高脉波值、低脉值及用以控制各伺服电机重复转动的单位数量资料，通过总线分别写入至各脉宽调变模块中；所述同步缓存器与总线相连接，以根据计算机芯片传来的同步激活讯号，同步激活各脉宽调变模块，使得各脉宽调变模块能根据高脉波资料、低脉波资料及重复转动的单位数量，产生对应单位数量的高脉波及低脉波，再传送至与其相连接的伺服电机；所述中断状态缓存器与总线相连接，当各脉宽调变模块已产生对应单位数量的高脉波及低脉波后，将传送一中断讯号至中断状态缓存器，并通过该中断状态缓存器，传送至计算机芯片，使得计算机芯片能得知各伺服电机是否已转动对应的单位数量。本实用新型所述脉宽调变模块包含一脉波控制缓存器，供存放计算机芯片所传来的用以控制伺服电机重复转动的单位数量；一高脉波值缓存器，供存放计算机芯片所传来的用以控制各伺服电机转动一单位的高脉波值；一低脉波值缓存器，供存放计算机芯片所传来的用以控制各伺服电机暂停一单位的低脉波值；一高脉波值计数器，依据高脉波值缓存器所传来的高脉波值，产生高脉波；一低脉波值计数器，依据低脉波值缓存器所传来的低脉波值，产生低脉波；一脉波重复计数器，能根据该脉波控制缓存器中的单位数量，控制高脉波值计数器及低脉波值计数器，分别产生对应该单位数量的高脉波及低脉波；及一反转脉波控制器，接受高脉波值计数器及低脉波值计数器所产生对应该单位数量的高脉波及低脉波，再进行处理后，始输出至对应的伺服电机；当脉波控制缓存器接收到总线传来的单位数量中包含有令伺服电机反转的资料，即驱动该反转脉波控制器，对高脉波值计数器及低脉波值计数器传来的高脉波及低脉波，进行反转处理后，始输出至对应的伺服电机。本实用新型所述脉波重复计数器侦测到高脉波值计数器及低脉波值计数器产生对应单位数量的高脉波值及低脉波值后，将传送一中断讯号至中断状态缓存器中储存，并通过中断状态缓存器传送至计算机芯片。本实用新型与现有技术相比，该控制模块不仅能同步地驱动所控制的伺服电机，使控制程序更简单而有效率，且能降低软件及硬件的成本。图1是现有技术的一种脉波讯号时序图。图2是现有技术的一种自动化机具示意图。图3是本实用新型同步驱动伺服电机的控制模块的示意图。图4是本实用新型脉宽调变模块内部与周边组件的示意图。主要组件符号说明<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>具体实施方式以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。如图3和图4所示，本实用新型一种同步驱动伺服电机之控制模块之一较佳实施例如图3所示，该同步驱动伺服电机的控制模块包括一计算机芯片50及四个脉宽调变(PulseWidthModulation,简称PWM)模块51，但该控制模块的脉宽调变模块51的数量并不限于四个；计算机芯片50分别通过一输入输出地址译码器(I/OAddressDecoder)52、一总线(Bus)53、一同步缓存器(PWMSync.Register)54及一中断状态缓存器(InterruptMaskControlStatusRegister)55等组件与各脉宽调变模块51相连接，各脉宽调变模块51连接一伺服电机；计算机芯片50依照预先设定的控制程序，并根据输入输出地址译码器52的译码地址，将用以控制各伺服电机71、72、73、74转动一单位的高脉波值、低脉值及用以控制各伺服电机71、72、73、74重复转动的单位数量等资料，通过总线52分别写入至各脉宽调变模块51中，同步缓存器54根据计算机芯片50传来的同步激活讯号，同步激活脉宽调变模块51，使得脉宽调变模块51能根据接收到的高脉波值、低脉值及单位数量等资料，产生对应单位数量的高脉波及低脉波，即产生一脉宽调变讯号，再将该脉宽调变讯号传送至各伺服电机71、72、73、74。当各脉宽调变模块51己产生对应单位数量的高脉波及低脉波后，将传送一中断讯号至中断状态缓存器55，并通过中断状态缓存器55传送至计算机芯片50，使得计算机芯片50能得知各伺服电机71、72、73、74是否已转动对应的单位数量，如此，计算机芯片50能通过脉宽调变模块51，同步驱动四个伺服电机71、72、73、74，且能有效地简化对伺服电机71、72、73、74的控制程序。在上述实施例中，如图4所示，各脉宽调变模块内51包含一高脉波值缓存器(PulseHighRegister)511、一低脉波值缓存器(PulseLowRegister)512、一脉波控制缓存器(PulseControlRegister)513、一高脉波值计数器(PulseHighcounter)514、一低脉波值计数器(PulseLowCounter)515、一脉波重复计数器(PulseRepeatcounter)516及一反转脉波控制器(InversePulseControl)117，计算机芯片50根据输入输出地址译码器52的译码地址，将用以控制各伺服电机转动一单位的高脉波值、低脉波值等资料，通过总线53分别写入至各高脉波值缓存器511及低脉波值缓存器512中，且将用以控制各伺服电机重复转动的单位数量，分别写入至对应的各脉波控制缓存器513中，然后计算机芯片50通过同步缓存器54，同步激活各脉宽调变模块51，各脉宽调变模块51内部，即产生一高频(如lOMHz)的时脉(Clock)讯号，同步输入至高脉波值计数器514、低脉波值计数器515、脉波重复计数器516，使得脉波重复计数器516能根据脉波控制缓存器513中的单位数量，进而分别控制高脉波值计数器514及低脉波值计数器515，对时脉讯号作除频处理，以产生对应该单位数量的高脉波(PulseHigh)及低脉波(PulseLow),再传送至反转脉波控制器117进行处理后，产生一脉宽调变讯号，输出至对应的伺服电机，若该脉波控制缓存器513接收到总线53传来的单位数量中包含有伺服电机的反转数值，即令反转脉波控制器117对高脉波值计数器514及低脉波值计数器515传来的高脉波及低脉波进行反转处理后，始输出至对应的伺服电机。在该实施例中，如图3、4所示，当脉波重复计数器516侦测到高脉波值计数器514及低脉波值计数器515，已产生对应单位数量的高脉波值及低脉波值后，将传送一中断讯号至中断状态缓存器55中储存，计算机芯片50可借由读取中断状态缓存器55的储存资料，能得知各伺服电机是否已转动到所设定位置，且在各伺服电机71、72、73、74转动过程中，不需再监控各伺服电机71、72、73、74的转动量，亦不必进行误差补偿的运算处理，因此，能有效简化计算机芯片50对各伺服电机71、72、73、74的控制程序，并有效提升计算机芯片50的处理效能。且因各伺服电机71、72、73、74能同步被驱动，节省待机时间，有效地提升其所属的自动化机具(图中未示)的动作效率，且各伺服电机71、72、73、74在转动过程中，所驱动的齿轮(图中未示)，不会因异步运转或因程控延迟，而累积背隙(Backlash)误差，导致自动化机具动作的精确度发生严重偏差，故能有效提升自动化机具运动控制的精准度，此外，因同步驱动模式，相较于异步驱动模式，其对各该伺服电机71、72、73、74的控制程序更简易，故能大幅降低过程控制软件的开发及维护成本。综上所述，本实用新型控制模块能达成以下目的与效果1、该控制模块仅需一颗计算机芯片，通过复数个脉宽调变模块，即能同步驱动等同该脉宽调变模块数目的伺服电机。2、大幅简化了对伺服电机的控制程序，而有效提升计算机芯片的处理效能，亦大幅降低了过程控制软件的开发及维护成本。3、有效提升了复数个伺服电机的同步运转效率。4、能避免因程控延迟，导致累积误差的问题，提高了复数个伺服电机同步动作的精准度。以上所述，仅为本实用新型的一较佳具体实施例，但本实用新型的特征并不局限于此，任何熟悉该项技艺者在本实用新型
技术领域：
内，可轻易思及的变化或修饰，皆应涵盖在本实用新型的申请专利范围中。权利要求1.一种同步驱动伺服电机的控制模块，包括一计算机芯片、一输入输出地址译码器、一总线、一同步缓存器、一中断状态缓存器和脉宽调变模块，其特征在于所述脉宽调变模块为复数个并分别与伺服电机相连接；所述输入输出地址译码器分别与计算机芯片及各脉宽调变模块相连接，用以将计算机芯片传来的输入输出地址，译码成对应的译码位置；所述总线分别与计算机芯片、输入输出地址译码器及各脉宽调变模块相连接，以根据输入输出地址译码器的译码地址，将计算机芯片传来的用以控制各伺服电机转动一单位的高脉波值、低脉值及用以控制各伺服电机重复转动的单位数量资料，通过总线分别写入至各脉宽调变模块中；所述同步缓存器与总线相连接，以根据计算机芯片传来的同步激活讯号，同步激活各脉宽调变模块，使得各脉宽调变模块能根据高脉波资料、低脉波资料及重复转动的单位数量，产生对应单位数量的高脉波及低脉波，再传送至与其相连接的伺服电机；所述中断状态缓存器与总线相连接，当各脉宽调变模块已产生对应单位数量的高脉波及低脉波后，将传送一中断讯号至中断状态缓存器，并通过该中断状态缓存器，传送至计算机芯片，使得计算机芯片能得知各伺服电机是否己转动对应的单位数量。2.根据权利要求1所述的同步驱动伺服电机的控制模块，其特征在于所述脉宽调变模块包含一脉波控制缓存器，供存放计算机芯片所传来的用以控制伺服电机重复转动的单位数量；一高脉波值缓存器，供存放计算机芯片所传来的用以控制各伺服电机转动一单位的高脉波值；一低脉波值缓存器，供存放计算机芯片所传来的用以控制各伺服电机暂停一单位的低脉波值；一高脉波值计数器，依据高脉波值缓存器所传来的高脉波值，产生高脉波；一低脉波值计数器，依据低脉波值缓存器所传来的低脉波值，产生低脉波；一脉波重复计数器，能根据该脉波控制缓存器中的单位数量，控制高脉波值计数器及低脉波值计数器，分别产生对应该单位数量的高脉波及低脉波；及一反转脉波控制器，接受高脉波值计数器及低脉波值计数器所产生对应该单位数量的高脉波及低脉波，再进行处理后，始输出至对应的伺服电机；当脉波控制缓存器接收到总线传来的单位数量中包含有令伺服电机反转的资料，即驱动该反转脉波控制器，对高脉波值计数器及低脉波值计数器传来的高脉波及低脉波，进行反转处理后，始输出至对应的伺服电机。3.根据权利要求2所述的同步驱动伺服电机的控制模块，其特征在于所述脉波重复计数器侦测到高脉波值计数器及低脉波值计数器产生对应单位数量的高脉波值及低脉波值后，将传送一中断讯号至中断状态缓存器中储存，并通过中断状态缓存器传送至计算机芯片。专利摘要本实用新型公开了一种同步驱动伺服电机的控制模块，该控制模块包括一计算机芯片、一输入输出地址译码器、一总线、一同步缓存器、一中断状态缓存器和脉宽调变模块，所述脉宽调变模块为复数个并分别与伺服电机相连接；所述输入输出地址译码器分别与计算机芯片及各脉宽调变模块相连接；所述总线分别与计算机芯片、输入输出地址译码器及各脉宽调变模块相连接；所述同步缓存器与总线相连接；所述中断状态缓存器与总线相连接。本实用新型与现有技术相比，不仅能同步地驱动所控制的伺服电机，使控制程序更简单而有效率，提升了伺服电机的同步运转速度及精准度，且能降低软件及硬件的成本。文档编号G05D3/00GK201156208SQ200820092150公开日2008年11月26日申请日期2008年2月15日优先权日2008年2月15日发明者戴文钟申请人:深圳市昭营科技有限公司