专利名称：多轴舵机运动控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及运动控制装置，具体涉及航模舵机、机电玩具舵机、机器人舵机的运动控制，尤其适合具有多个舵机需要同时进行控制或连动的场合。
背景技术：
舵机在航模、玩具和机器人领域有着非常广泛的应用，有的系统中存在数个甚至数十个舵机需要同时进行运动控制甚至连动控制，在不同的系统中根据不同的需要经常采用控制参数不同的舵机。目前，一般的舵机控制器控制轴数量较少，对于轴系较多的系统必须使用多个控制器才能完成控制任务，这无疑会增加系统的复杂性；另外其接口单一，通常只能以一种接口方式应用于系统的集成之中；尤其重要的是通道控制参数不能进行在线设置或不能进行灵活在线设置因而对一般舵机不具有普适性。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，设计一种具有多种接口方式、轴系数量大、对一般舵机具有普适性的多轴舵机控制器，既能以总线接口方式使用，也可以单独使用。
本实用新型的技术问题是通过下面的技术方案解决的。其特征在于它包括PC104总线、数字信号处理器、舵机控制信号发生器、非易失性存储器和公用存储器，所述PC104总线通过总线译码及总线驱动电路与公用存储器相联，数字信号处理器分别与总线驱动及译码、JATG接口、串行通讯接口、非易失性存储器和公用存储器相联；所述总线驱动及译码又与舵机控制信号发生器和公用存储器相联，舵机控制信号发生器与光电隔离电路和舵机控制输出接口相互连接。本实用新型还包括有微处理器监控器，该监控器与数字信号处理器相联。
本实用新型具有下列技术效果(1)具有PC104总线接口和串行通讯总线接口，可以直接和PC104系列工控机组成多轴舵机控制系统，也可以通过串行通讯总线组成分布式多轴舵机控制系统；(2)具有16个舵机控制通道，可同时控制16个舵机进行连动或独立运动；(3)具有4K公用存储器，既可作为数字信号处理器缓存使用，也可以作为双向通讯数据缓冲池使用，总线通讯，快速可靠；(4)每个舵机控制通道的控制参数可根据选用的舵机灵活地在线设置、修改和存储记忆，对一般的舵机具有普适性。(5)具有舵机控制和信号发生两种工作模式，每个通道可互不影响地工作在两种模式之下。
图1为本实用新型电路原理结构方框图；图2为本实用新型具体实施例电路图之一；图3为本实用新型具体实施例电路图之二。
具体实施方式
本实用新型采用DSP、大规模CPLD、公用存储和串行通讯技术，研制了一种基于PC104总线和串行通讯总线的多轴舵机控制器。如图1所示，本实用新型包括PC104总线、总线译码及驱动、数字信号处理器、处理器总线驱动及译码、舵机控制信号发生器、光电隔离、舵机控制输出接口、公用存储器、非易失性存储器、微处理器监控器、串行通讯接口和JTAG接口，所述PC104总线通过总线译码及总线驱动电路与公用存储器相联，数字信号处理器分别与总线驱动及译码、JATG接口、串行通讯接口、非易失性存储器和公用存储器相联；所述总线驱动及译码又与舵机控制信号发生器和公用存储器相联，舵机控制信号发生器与光电隔离电路和舵机控制输出接口相互连接。本实用新型还设有微处理器监控器，该监控器与数字信号处理器相联。其中PC104总线、总线译码及驱动和串行通讯接口构成PC104总线接口和串行通讯接口部分；数字信号处理器、处理器总线驱动及译码、微处理器监控器和JTAG接口构成数字信号处理器核心部分；舵机控制信号发生器、光电隔离、舵机控制输出接口构成舵机控制信号输出部分；公用存储器构成数字信号处理器缓存以及和PC104信息交换数据缓冲池；非易失性存储器构成控制参数记忆体。
本实用新型功能包括(1)参数设置和记忆当以PC104总线和PC104工控机连接使用时，PC104工控机将参数、参数类别、通讯密匙存储在公用存储器约定的存储单元中，然后发出中断信号，多轴舵机控制器立即响应中断并进入中断服务程序，在中断服务中验证密匙、判断类别、读取参数并存储到非易失性存储器中；当以串行总线连接使用时，连接的串行设备将参数、参数类别、通讯密匙按约定的协议打包发送到多轴运动控制器串行通讯接口，多轴舵机控制器接收到串行信息后按约定的协议解包、验证密匙、判别类别、读取参数并存储到非易失性存储器中。(2)参数在线调整在多轴舵机控制器上电时，初始化程序会将非易失性存储器中的参数读出并存储在公用存储器约定的单元中，在进入多轴舵机控制时，每个周期中要使用这些参数时将直接从公用存储器相应单元读取，当以PC104总线和PC104工控机连接使用时，PC104工控机可以不断在线地将参数直接存储在公用存储器相应储单元中，即可更新原来的参数达到调整目的；当以串行总线连接使用时，连接的串行设备将参数按约定的协议打包发送到多轴运动控制器串行通讯接口，多轴舵机控制器接收到串行信息后按约定的协议解包得到参数并存储到公用存储器相应单元中即可更新原来的参数达到调整目的。(3)工作模式多轴舵机控制器具有16路PWM输出通道，每一通道都设置有工作模式控制参数，程序运行的每个周期对这些参数进行检测并转入相应的工作模式，这些模式包括舵机控制模式和信号发生两中模式，每个通道可互不影响地工作在两种模式之下。(4)舵机控制模式当某通道工作模式参数设定为舵机控制模式时，在每个周期控制器数字信号处理器从公用存储器中读取由PC104工控机存储的该舵机期望位置信息或从串行总线接收到的该舵机期望的位置信息，利用该通道舵机参数和运动方程，经过计算后得到该通道相应的PWM波形占空比数据，并将该数据归一化处理后写到相应的PWM通道控制字中即可产生该舵机所需要的位置控制信号，舵机内部伺服控制在相应的PWM信号控制下就会控制舵机运动到期望的位置。(5)信号发生模式当某通道工作模式参数设定为信号发生模式时，在每个周期控制器数字信号处理器从公用存储器中读取由PC104工控机存储的该通道信号发生信息或从串行总线接收到的该通道信号发生信息，经过归一化处理后直接得到该通道相应的PWM波形占空比数据，并写到相应的PWM通道控制字中，即可产生所需要的信号。
图2和图3表达了实施本实用新型的具体电路结构。
如图2所示，U1为数字信号处理器TMS320F206，U2为大规模CPLD EMP7128，U3为公用存储器IDT7134，U4为总线驱动器74HC245，U5为微处理器监控器MAX706，JP1为PC104总线连接器，JP2为U2的JTAG接口，JP3、R9组成U1的JTAG接口，J1、J2、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、D1、PZ1、PZ2、X1为U1外围辅助器件。其中U1为多轴运动控制器的处理器，U2通过内部编程实现PC104总线译码、数字信号处理器总线译码、PWM信号发生等功能。
如图3所示，U6、U7、U8、U9为光藕PC817，作为PWM信号光电隔离器；PZ3、PZ4、PZ5、PZ6分别为U6、U7、U8、U9的下拉电阻，P1为光藕隔离输出边电源输入端子；J3、J4、J5、J6为PWM控制信号输出接口；U10为串行通讯接口器件MAX232，C1、C2、C3、C4为U10外围器件，J7为串行通讯接口；U11为非易失性存储器X5043，用于舵机参数的记忆存储；其它电容C5至C19为电源滤波和芯片电源去藕电容。
权利要求1.一种多轴舵机运动控制器，其特征在于它包括PC104总线、数字信号处理器、舵机控制信号发生器、非易失性存储器和公用存储器，所述PC104总线通过总线译码及总线驱动电路与公用存储器相联，数字信号处理器分别与总线驱动及译码、JATG接口、串行通讯接口、非易失性存储器和公用存储器相联；所述总线驱动及译码又与舵机控制信号发生器和公用存储器相联，舵机控制信号发生器与光电隔离电路和舵机控制输出接口相互连接。
2.根据权利要求1所述的多轴舵机运动控制器，其特征在于还包括有微处理器监控器，该监控器与数字信号处理器相联。
专利摘要一种多轴舵机运动控制器，其特征在于它包括PC104总线、数字信号处理器、舵机控制信号发生器、非易失性存储器和公用存储器，所述PC104总线通过总线译码及总线驱动电路与公用存储器相联，数字信号处理器分别与总线驱动及译码、JATG接口、串行通讯接口、非易失性存储器和公用存储器相联；所述总线驱动及译码又与舵机控制信号发生器和公用存储器相联，舵机控制信号发生器与光电隔离电路和舵机控制输出接口相互连接。它还包括有微处理器监控器，该监控器与数字信号处理器相联。本实用新型具有多种接口方式、轴系数量大、对一般舵机具有普适性，既能以总线接口方式使用，也可以单独使用。
文档编号A63H30/00GK2633386SQ03248109
公开日2004年8月18日 申请日期2003年6月25日 优先权日2003年6月25日
发明者周华平, 李迅, 黄茜薇 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学