来源：微计算机信息 作者：朱韬 王震 陈恳

摘要: 基于arm7芯片lpc2132和功率驱动芯片a3977，设计了一种两轴运动控制卡。给出了该运动控制卡硬件组成以及通讯协议、插补算法等具体实现方案。描述了所设计的粉末物料自动化仓库关键功能的实现方式，以及该运动控制卡作为智能节点在此对象中的实际应用情况。

关键词: 运动控制卡；智能节点；s曲线规划

0． 引言

本文设计了粉末自动化仓库，其目的是为了实现多种粉末状物料的存储以及自动输送。区别于一般分散物料的自动化仓库，粉体物料的存取过程不是以货格为单位进行操作，而是以一定数目的储罐来保存物料，每次取货操作只取一个储罐中指定量的物料；存货过程现采用人工将空罐用装满物料的罐替代的方式。在这种工作模式下，将只需要agv而省略堆垛系统，但是粉末的输出系统将必须具有计量的功能，同时，储罐的更换过程也要求简单快捷[1]。

本文中，使用一套2自由度的下料机构来实现粉末的计量，使用丝杆提升机构来实现储罐的升降以方便加料操作。控制系统采用基于现场总线的分布式控制系统，以智能节点为控制单元来实现所需动作。本文设计了一种基于arm微处理器的两轴运动控制卡，集成了通讯、运动控制以及步进电机驱动等功能，可以作为智能节点接受主控制系统指令，直接驱动步进电机运行并采集和处理某些过程变量。与现有步进电机控制系统相比，本运动控制卡具有结构紧凑，线路简单，集成度高，使用方便等特点。

1． 智能运动控制卡硬件平台

运动控制卡中使用一块lpc2132芯片作为cpu来完成系统的通讯、指令解析、控制结构以及插补等功能。cpu产生两路独立的脉冲信号，每个轴的细分及驱动由一片allegro公司的单片步进电机专用驱动芯片a3977来完成。

1.1 元件性能特点

在众多微处理器产品中，arm处理器以极低的成本和功耗提供了较高性能，是复杂嵌入式应用的理想平台。目前的32位、64位嵌入式微处理器中，arm是应用最为广泛的一个系列。

lpc2132是philips公司基于arm7tdmi内核推出的工业级mcu。它具有16kb片内sram，64kb flash，可以容纳更大规模的代码；2个32位定时器/计数器以及一个pwm单元；多达47个通用i/o口；2个16c550工业标准的uart；通过片内pll可以实现最大为60mhz的cpu操作频率。arm处理器较小的封装，极低的功耗和强大的功能使其特别适合于小型系统[2]。

脉冲分配以及功率驱动操作也可以由相应的芯片实现，本运动控制卡采用了集成这两种功能的驱动芯片a3977。a3977是allegro公司生产的单片正弦细分二相步进电机驱动专用芯片，它采用脉宽调制式斩波驱动方式，可以驱动二相步进电机，且电路简单，工作可靠。该芯片输出电流可达2.5a，具有整步、半步、1/4细分、1/8细分运行方式可供选择，满足一般功率要求下的驱动需求。

1.2硬件系统结构

平台硬件系统结构如图1所示 ：

图1.硬件系统结构图

（1）通讯及调试接口

在一主多从结构下，每块运动控制卡作为从站通过rs485总线与主站连接。lpc2132芯片包含2个16c550工业标准的uart，每一路包含16字节的接收和发送fifo，其中接收器的fifo触发点可以设为1，4，8，14字节。在该自动化仓库的控制系统中，考虑协议规定的每条指令长度而将触发点设为8字节。上位机指令通过光耦与cpu实现电隔离。

lpc2132支持jtag（joint test action group）协议。该协议主要用于芯片内部测试以及对系统进行仿真、调试，通过jtag接口，可对芯片内部的所有部件进行访问，因而是开发和调试过程的一种方便高效的手段。卡上保留一个20针的jtag接口用于调试和烧写程序[3]。

（2）输入输出及采样接口

系统的输出量主要包括脉冲的输出以及相关控制电平，输入包括对码盘、接近开关等信号的数字的读取以及部分位置传感器中模拟信号的采样。lpc2132的管脚大多具有一个以上的功能，使用某一功能前必须对管脚连接进行配置。除去调试接口所占用的部分，所余io口能满足输入输出具体功能的要求。

（3）驱动芯片

运动控制部分的职能在于产生正确的脉冲序列和控制信号，脉冲分配以及功率驱动的功能可以由独立的驱动器来实现。常用驱动芯片性能比较如表1所示：

型号

l297+l298

a3977

ta8435h

a3955sb

输出电压（v）

50

35

10-40

50

平均