运动操控器是运用高功用微处理器（如DSP）及大规模可编程器件完结多个伺服电机的多轴和谐操控。现在选用运动操控器的数控体系已成为新一代数控技能发展潮流，运动操控器将成为未来数控体系的中心。
作为运动操控的中心部件，运动操控器遍及选用16位或32位微操控器，其灵敏的体系集成方法和高速的指令履行速度进步了运动操控功用、改进了操控体系的精度、增强了体系构成的灵敏性。如DeltaTau公司的PMAC系列、MEI公司的XMP系列的产品，均选用了高速数据信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）技能，一般能够操控1～8个轴。
这些依据PC机总线的运转操控器，尽管因选用高功用微处理器在信息处理速度方面有较大的进步，并在实践运用中供给了灵敏的接口，但在运用以及体系集成的时分，依然有许多不便利，如价格比较高、运用非常杂乱等。而且在结构上是关闭的，只能针对某一类型的运用，操控战略单一，很难一起满意操控体系在多种运用场合中的要求，实践定制运用。
曩昔，受计算机处理才能的约束，高功用的运动操控技能需求在板处理器如单片机或DSP上完结，一般PC机中的微处理器很难一起完结如轨道插补运算和伺服操控运算等使命。现在PC机微处理器现已选用了更先进的工艺技能，信息处理才能明显进步，能够满意高速实时运动操控的要求，硬件支撑才能大在增强，而且PC机杰出的软件开发环境使结构敞开式运动操控渠道成为功或许。本文提出了一种不选用在板处理器而以PC机微处理器为操控中心的敞开式四轴运动操控器，该运动操控器选用ALTERA公司的杂乱可编程门阵列（CPLD）EPF6016完结硬件办理功用，硬件的功用能够通过软件装备，而运用层的功用如运动轨道规矩和伺服操控等均由PC机完结。
依据CPLD的敞开式四轴运动操控器的硬件规划
体系硬件结构
器材的根本组成是逻辑单元（LE）。每个逻辑单元由一个4输入查找表、一个寄存器以及作为进位链和级连链功用的专用通道。每十个逻辑单元组成一个逻辑阵列块（LAB）。器材选用 SRAM结构，能够通过外部EEPROM或操控器完结在线装备，能使规划者在规划初期以及规划测验过程中对规划作灵敏的修正，一起也能够通过在线重新装备来改动其内部功用。运动操控器的硬件功用编程由ALTERA公司供给的MAX+PLUSII开发体系支撑，规划选用了原理图输入方法，规划和调试比较直观、简洁。
该运动操控器的硬件结构分为以下几部分：
（1）主机接口电路：运动操控器选用了ISA-AT总线接口，一起规划了PC-104接口。数据总线宽度为16位，接口功用在EPF6016内部完结，其间包含总线地址译码、数据和指令锁存、中止及复位等功用。
（2）光电编码器接口电路：运动操控器接纳四路光电编码器差分输入信号作为方位反应，最高输入频率为1MHz，输入的A、B相信号通过差动接纳后，在 EPF6016内部通过数字滤处理后进行倍频和辨向，发生的方向信号和脉冲信号进入16位加减计数器。体系软件能够计数而取得实践的方位改变。
（3）模仿量输出电路：高功用的运动操控器应选用高分辨率的D/A转化器。为了确保模仿量操控信号的精度，并考虑到模仿量信号在线上传输引起的漂移和电压下降，运动操控器和伺服驱动器之间的模仿操控接口信号至少应有12位以上的精度。本文中的运动操控器选用了低成本、小封装体积的双16位串行输入D/A转化器 AD1866，构成双极性电压输出方法。在EPF6016内部规划了操控4路并发式并行/串行数据转化以及4路D/A地址挑选电路，运动操控器的模仿量电压输出规模为±10V。
（4）数字量输入输出电路：运动操控的一切I/O信号均选用光电阻隔处理，考虑到I/O并关信号或许发生的信号颤动现象，对每一路I/O信号都进行了相应的数字滤波处理以消除噪声信号。操控器规划了40路I/O信号，其间包含16路专用输入信号、2中特别开关输入信号（用于坐标丈量或定位的触摸式测头信号和急停开关信号），别的还规划了16路可编程通用I/O信号（8路输入/8路输出）。实践上，一切的I/O信号除个别信号具有共同的功用外，都是敞开的，能够依据I/O信号除个别信号具有共同功用外，都是敞开的，能够依据运用的特色规划详细的功用。
（5）模仿量输入电路：关于一些操控场合，需求检测或操控外部状况量的改变，运动操控器也规划了相应的单端或差动式模仿量反应输入通道。体系选用MAXIM公司的8通道、12位转化精度、150kHz采样频率的A/D转化器MAX197。各模仿量通道能够独立编程挑选输入规模：±10V、±5V、0～10V、 0～5V，A/D转化器的转化基准选用内部基准。
（6）可编程守时器：因为在敞开式运动操控体系中，插被运算和伺服操控都由PC机完结，这两个操控使命一般不在一个使命循环中处理。一般来说，插补运算的周期要比伺服操控的周期长，因此两个使命需求占用不同的体系资源。因为插补运算一般占用PC机的守时中止资源，而伺服操控也是一个需求准确守时的使命，因此在EPF6016内部规划了可编程16位守时器。该守时器可选用不同的时钟源，守时规模为0～300ms，最小分辨率为70ns，守时器发生的溢出动作能够向PC机请求中止。
（7）同步作业电路：在运动操控体系中，各操控轴同步运转是一个很重要的要求，因此在EPF6016内部规划了同步操控电路的和专门的操控字，支撑多块运动操控器操控输出同步改写、反应计数值同步读取等操作。
（8）硬件看门狗电路：在运动操控器中选用了DALLAS公司的看门狗复位及电压监控芯片DS1232，以监测体系的软硬件运转状况。当体系软件运转死机的时分，看门狗电路发生信号复位体系，确保整个体系的可靠性。看门狗守时时刻能够编程设置为300ms、600ms、1.2s。
从硬件结构的组成特色能够看出，体系的组成中心是其有可重新装备特色的CPLD EPF6016，它完结了简直一切外围电路办理功用，而其它的电路都归于规范的辅佐电路。因此体系在结构上具有典型的敞开性，这对完结软件的敞开是一个很好的支撑。
依据CPLD的敞开式四轴运动操控器的软件规划
运动操控器软件规划
运动操控器的软件选用Borland C++++言语编写，能够依照库函数的方法调用。依据实时运动操控的特色硬件资源的结构，函数库分为两类：
（1）操控运动操控器硬件操作的函数库。包含针对运动操控器硬件根本操作的函数，通过调用这些函数能够充分运用硬件资源，完结定制的运用。运动操控器上的各个硬件功用的存取操作是通过一组读写操控指令完结的，每一个操控指令占用一个PC机I/O空间地址，对每一个地址别离进行读或写操作将发生不同的功用。硬件操作函数库依照C++言语类的方法结构，每个指令都是以运动操控器硬件操作类的公有成员函数方法存在。这些指令首要完结以下功用：
①操控光电编码器脉冲计数器，读取或铲除计数值;
②设置运动操控器的作业方法以及装备体系的各个硬件资源;
③开关量输入输出操作，完结包含通用I/O和专用I/O的查询和设置、操控器硬件资源作业状况查询等功用;
④模仿量操控指令，用于操控D/A转化器和A/D转化器完结模仿量输出和模仿信号收集等。
（2）定制运用算法函数库。依据实践运用的要求，以操控运动操控器硬件操作的函数库为根底，能够有针对性地规划运用算法函数。本文以运动操控为例规划了针对运动操控的算法函数库，完结运动规划、伺服操控等功用。其它操控算法和功用也能够在此根底上进一步扩展。运动操控算法函数库的各指令也选用C++言语类的方法进行封装，操控算法类是运动操控器硬件操作类的承继，调用和修正都非常便利，因此在结构上具有很好的敞开性。
在伺服运动操控算法上，操控器将当时规划的运动方位、进给速度送入伺服操控器与反应的实践方位进行比较，得到方位盯梢差错，通过方位操控器后，送到D/A转化器，输出伺服驱动器的操控信号。方位操控算法可依据实践的要求选用多种操控战略。
