运动控制系列芯片HCTL-1100的原理及应用

2006-05-07 15:49:35来源: 国外电子元器件

1 HCTL-1100的特性

HCTL-1100是美国Agilent公司生产的高性能通用运动控制系列芯片,它内部集成了数字滤波器、换向器等可编程器件,因而可以使系统使用最少的元件来实现运行控制,这样不仅减轻了上位主机的控制负担,同时还具有很大的灵活性。HCTL-1100的主要特点如下:

●功耗低;

●具有PDIP和PLCC两种封装形式;

●可用来控制直流有刷、直流无刷和步进电机;

●内含可编程数字滤波器和换向器;

●具有8位并行和PWM(脉宽调制)电机额定值输出端口;

●与TTL电平兼容;

●带有协调多个HCTL-1100的SYNC(同步)引脚;

●具有100kHz~2MHz的工作频率范围;

●带有编码器输入端口。

2 TCTL-1100的引脚功能

TCTL-1100具有40-PDIP和44-PLCC两种封装形式:图1和图2分别为这两种封装形式的脚排列图。

HCTL-1100运动控制芯片各主要引脚的功能说明如下:

●同步引脚(SYNC)

该引脚只在INIT/IDLE模式下有效。可用来同步两个或多个芯片。将多个芯片的SYNC端连在一起来接收上位机的命令可实现同步控制。

●限位引脚(LIMIT)

用于输入紧急限位标志,低电平有效。当该脚有效时,器件将进入INIT/IDLE模式,清除电机额定值并切断电机电源,同时清除三个控制模式标志。当由INIT/IDLE模式重新进入控制模式后,这些标志可自动恢复原值。不用时应将该脚连到VDD,否则会引起触发而使系统进入错误的紧急状态。

●停止引脚(STOP)

该停止标志仅适用于积分速率模式,低电平有效。有效时,系统将会减速直到停止,同时将保持零速度状态直到该位变高和新的速度命令被接收为止。不用时也应将该端连到VDD。

●编码器输入引脚(CHA,CHB,INDEX)

这三个引脚可用于接收增量式编码器的TTL,电平输出。共中通道A和B所接收的信号将被编码成24位位置计数器信号并从换向器输出。

●电机额定值端口(MC0-MC7)

八位电机额定值端口由寄存器R08H组成,该寄存器的数据将直接传到外部引脚MC0-MC7。其中MC7是最高有效位,R08H可读可写,写入时通常为INIT/IDLE状态。

●脉宽调制(PWM)输出端口(PLUSE,SIGN)

PWM端口由PULSE和SIGN引脚组成。该端口输出的电机额定值为带有正负极性的脉宽调制信号。

●梯度式引脚(PROF)

该引脚与内部状态寄存器的软件标志位4位连,也可由标志寄存器(R00H)的位0表示。当引脚和标志位为高时,表明系统正处于梯度式移动状态。移动结束后,控制器将对该标志位清零。应当注意:标志位清零的那一刻并不表明电机已停止工作。因此,它只是命令描述的完成而不是实际操作的完成。如果电机在移动中发生延迟而能跟上命令所要求的物理移动,则标志位将在移动完成前被清零。

●初始化/空闲引脚(INIT)

该引脚的状态用于表明HCTL-1100正处于初始化/空闲状态,它应与内部状态寄存器的位5相连,也可由标志寄存器(R00H)的位1表示。

●换向器引脚(PHA~PHD)

这些引脚用于驱动无刷或步进电机。使用时可以对这四个引脚进行编程,以用于驱动多相电机的每个线圈。

3 工作原理

HCTL-1100可通过8位双向地址数据复用端口与主机相连,以接收运动控制命令并控制电机带动目标系统运动,同时从增量式编码器的积分输出端接收位置(或速度)反馈信息。将该信息与预置的额定值进行比较,并将矫正后的值输出给控制电机便可以带动目标系统的运动。图3为其运动控制原理框图,图4所示为HCTL-1100的内部结构框图。

4 HCTL-1100的寄存器

HCTL-1100的工作过程由内部的64个八位寄存器控制。其中35个寄存器用于进行初始化或命令字的写入等操作。剩余的29个作为临时寄存器,但这些寄存器不能直接使用。可用的35个寄存器可分为一般控制、输出、滤波器和换向器四类。一般控制寄存器又包括标志寄存器(R00H)、可编程计数器(R05H)、状态寄存器(R07H)、采样定时寄存器(R0FH)、读实际位置和预置实际位置寄存器等。而输出寄存器(包括禁止极性转换,8位电机额定值和脉宽调制额定值输出)则包括电机额定值寄存器(R08H)和脉宽调制额定值寄存器(R09H)两种。

5 工作流程

HCTL-1100有三种设置路径和四种控制模式可供用户选择。三种路径包括复位、初始化/空岁和排列对齐。四种控制模式分别为:位置控制、比例速率控制、梯形速度控制和积分速度控制。

图5给出了如何用命令来设置路径和切换控制模式的流程图。

6 具体应用

用HCTL-1100与主机(以8051为例)接口时,可通过8051的I/O端口P1.0~P2.3来控制HCTL-1100的读/写、输出使能、片选、地址锁存和复位等控制引脚。其部分软件程序如下:

RD1100:SETB P2.0 ;设置读/写状态为读

MOV P,1B ;锁存地址

CLR P2.3 ;锁存地址

CLR P2.3 ;发地址锁存信号脉冲

SETB P2.3

MOV P1,#0FFH

CLR P2.2 ;发片选信号脉冲

SETB P2.2

NOP

NOP

NOP ;延时4μs,为1MHz的HCTL-1100提供足够的时间

CLR P2.1 ;设置输出势能引脚为效

MOV A,P0 ;从1100获取数据

SETB P2.1 ;使输出势能无效

RET

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/sensor/200605/1539.html
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