基于单片机的四轴运动控制卡

1.一种基于单片机的四轴运动控制卡，包括：单片机单元、PC104通讯单元、输入输出接口单元，其特征在于，还包括：脉冲发生单元、CPLD单元、扩展外部存储器单元，其中：
单片机单元为具有16位地址总线的具有片上系统功能的混合信号处理单片机，单片机单元内部包括Flash存储器以及数据存储器，分别负责储存系统程序以及程序运行数据，单片机单元通过CPLD单元和扩展外部存储器单元进行数据交互，单片机单元将运动控制数据传输进入CPLD单元，同时也将控制信息传入CPLD 单元，单片机单元将输入输出接口单元输入的外部模拟量输入信号转化为数字量信号，将自身内部的数字量信号转换为模拟量信号后再由输入输出接口单元传输给伺服驱动器及外部电路，单片机单元的部分端口直接作为数字量IO端口，与输入输出接口单元进行数据传输；
CPLD单元根据其内部的逻辑运算功能按照单片机单元的控制信息将数据传输到扩展外部存储器单元、PC104通讯单元、脉冲发生单元，CPLD单元接收由输入输出接口单元输入的轴编码信号、手摇脉冲发生器信号，预处理后再传递给单片机单元；CPLD单元和单片机单元共同构成了整个运动控制卡的核心部分；
PC104通讯单元实现上位机和单片机单元的数据交互，上位机数据由PC104总线传输进入PC104通讯单元，然后再传输进入CPLD单元，最后进入单片机单元；
脉冲发生单元由单片机单元提供输入初始脉冲、由CPLD单元传输进入的数据进行控制，输入脉冲发生单元的初始脉冲由单片机单元提供，脉冲发生单元通过计数器芯片上的计数器对输入的初始脉冲分频生成一组频率、脉宽可控的脉冲并将脉冲通过输入输出接口单元分别输出给四个轴的伺服驱动器，从而实现脉冲发生单元对伺服驱动器的控制；
输入输出接口单元负责脉冲发生单元、单片机单元中的IO端口、CPLD单元和外部电路以及伺服驱动器的数据交互，将单片机单元的IO端口的输出信号、脉冲发生单元输出信号进行放大后输出给伺服驱动器以及外部电路，同时，外部电路的数字量信号经由通过输入输出接口单元处理后进入单片机单元的IO端口，外部模拟量输入信号经由输入输出接口单元处理后传输进入单片机单元，外部轴编码信号以及手摇脉冲发生器信号通过输入输出接口单元处理后传输进入CPLD单元，并供单片机单元使用；
扩展外部存储器单元负责存储系统工作时的数据，单片机单元片内存储器数据存储量小，部分数据通过CPLD单元传递进入扩展外部存储器单元进行存储，并随时供单片机单元读取。
2.根据权利要求1所述的基于单片机的四轴运动控制卡，其特征是，所述输入输出接口单元，其输入输出的数字量信号通过一个数字量IO扩展单元，数字量IO扩展单元负责扩展输入输出的数字量信号，将通过输入输出接口单元输入数字量IO扩展单元的信号锁存，等待单片机单元读取；将单片机单元通过CPLD单元传输进入数字量IO扩展单元的输出部分进行锁存，并传递给输入输出接口单元再输出。
3.根据权利要求1所述的基于单片机的四轴运动控制卡，其特征是，所述单片机单元，其数模转换产生的模拟量信号通过一个DA扩展单元进行运算放大，放大后的输出信号通过输入输出接口单元传输给伺服驱动器以及外部电路。
4.根据权利要求1或3所述的基于单片机的四轴运动控制卡，其特征是，所述单片机单元，其接收的外部输入的模拟量信号，经过一个AD扩展单元的初步处理达到单片机单元AD转换的要求，再进入单片机单元。
5.根据权利要求1或3所述的基于单片机的四轴运动控制卡，其特征是，所述单片机单元，其通过串口通讯单元实现运动控制卡和PC机的串口通讯。
6.根据权利要求1或3所述的基于单片机的四轴运动控制卡，其特征是，所述单片机单元，其监控、正常工作维持由系统辅助单元完成，系统辅助单元包括复位单元、看门狗单元、JTAG单元、外部时钟单元以及电源监控单元，其中：
复位单元在看门狗单元监测到发生异常时，控制电源监控单元对单片机单元停止供电，进行复位；
看门狗单元通过和单片机单元之间传递信号监测单片机单元是否发生异常的情况；
JTAG单元将单片机单元的信号经由CPLD单元向外部PC提供，信号内容为单片机单元运行时芯片内部数据信息；
外部时钟单元通过外部振荡器电路为系统提供输入时钟；
电源监控单元将外部供电传输给单片机单元。
7.根据权利要求1所述的基于单片机的四轴运动控制卡，其特征是，所述输入输出接口单元，包括数字量输入输出接口单元、模拟量输入输出接口单元、脉冲信号处理单元、手摇脉冲信号处理单元、轴编码信号处理单元，其中：
数字量输入输出接口单元负责单片机单元中的IO端口、数字量IO扩展单元和外部电路的交互；
模拟量输入输出接口单元负责DA扩展单元、AD扩展单元和外部电路的交互，外部电路中的模拟量输入通过模拟量输入输出接口单元进行稳压处理后传输给AD扩展单元、DA扩展单元，AD扩展单元、DA扩展单元产生的模拟量信号经模拟量输入输出接口单元稳压处理后传输给外部电路；
脉冲信号处理单元将脉冲发生单元产生的脉冲信号经过差动处理传输给伺服驱动器及外部电路；
手摇脉冲信号处理单元将外部手摇脉冲发生器信号经过差分处理传输给CPLD单元；
轴编码信号处理单元将外部轴信号经过差分处理传输给CPLD单元。
8.根据权利要求1所述的基于单片机的四轴运动控制卡，其特征是，所述脉冲发生单元，包括4个计数器芯片，4个计数器芯片分别对应4个运动轴，每个计数器芯片均包括三个计数器，分别为第一计数器、第二计数器、第三计数器，第一计数器的输出和第二计数器的输入相连，第二计数器的输出和第三计数器的输入相连，第三计数器的输出连接非门后和第三计数器的输入同时进入与非门，第一计数器和第二计数器设置为分频脉冲形成工作方式，第三计数器设置为可编程的单脉冲工作方式，分频脉冲的初值由单片机单元提供，计数器的设置数据以及计数器数值均由CPLD单元传输进入，单片机单元的分频初始脉冲进入第一计数器的输入，第二计数器的输出为一个经过两次分频后的脉冲，将第二计数器的输出连入第三计数器的输入，第三计数器输出的脉冲宽度为一定值，该脉冲和第二计数器输出进行逻辑运算后得到脉宽由第三计数器决定、频率由第二计数器控制的一段脉冲，该脉冲通过输入输出接口单元输出至伺服驱动器，最终实现脉冲发生单元经伺服驱动器对外部伺服电机的控制。

基于单片机的四轴运动控制卡\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种数控技术领域的运动控制卡，具体是一种基于单片机的四轴运动控制卡。\n背景技术\n[0002] 在数控技术领域中，运动控制卡是实现运动控制技术的核心部件，它将预定的控制方案、规划指令转变为期望的机械运动、实现对被控目标精度的位置控制、速度控制、加速度控制、转矩或力的控制等。运动控制卡和工业PC以及伺服驱动器一起构成完整的运动控制单元。\n[0003] 单片机又称为单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。目前单片机广泛应用于各种工业控制领域、如机器人、智能仪表等。\n[0004] 经过对现有技术的文献检索发现，中国申请号为200410017112.4，公开号为CN \n1564095A的专利“基于RS-232串行总线的多轴运动控制卡”给出了一种由控制单元、开关量输入单元和信号输出单元组成的运动控制卡。该发明是以89C52单片机(一种Atmel公司的改进型51单片机)为控制核心，采用可擦除可编程只读存储器作为存储器，采用RS-232串行总线方式通讯的一种运动控制卡。但该发明存在一些缺点：89C52单片机是八位单片机，运算速度慢，总线地址少、功能少，控制速度和精度有限，且非片上系统的单片机，只能采用仿真器方式进行调试；可擦除可编程只读存储器编程需要专用设备，使用不便；RS232通讯数据传输效率不高，传输距离有限。\n发明内容\n[0005] 本发明针对上述现有技术的不足，提出了一种基于单片机的四轴运动控制卡，使其以高速混合信号处理单片机为核心，采用CPLD(复杂可编程逻辑器件)芯片技术进行硬件译码，由计数器芯片发送脉冲实现位置控制。\n[0006] 本发明通过如下技术方案实现的，本发明包括：单片机单元、CPLD单元、PC104(一种嵌入式总线规范)通讯单元、脉冲发生单元、输入输出接口单元、扩展外部存储器单元，其中：\n[0007] 单片机单元为具有16位地址总线的具有SOC(片上系统)功能的高速混合信号处理单片机，单片机单元内部包括Flash存储器以及数据存储器，分别负责储存系统程序以及程序运行数据，单片机单元通过CPLD单元和扩展外部存储器单元进行数据交互，单片机单元将运动控制数据传输进入CPLD单元，同时也将控制信息传入CPLD单元，单片机将输入输出接口单元输入的外部模拟量输入信号转化为数字量信号，也能将自身内部的数字量信号转换为模拟量信号，模拟量信号再由输入输出接口单元传输给伺服驱动器及外部电路，单片机单元的部分端口直接作为数字量IO(输入输出)端口，与输入输出接口单元进行数据传输；\n[0008] CPLD单元根据其内部的逻辑运算功能按照单片机单元的控制信息将数据传输到扩展外部存储器单元、PC104通讯单元、脉冲发生单元，CPLD单元接收由输入输出接口单元输入的轴编码信号、手摇脉冲发生器信号，预处理后再传递给单片机单元；CPLD单元外围接口多、扩展硬件资源，CPLD单元和单片机单元共同构成了整个运动控制卡的核心部分；\n[0009] PC104通讯单元实现上位机和单片机单元的数据交互，上位机数据由PC104总线传输进入PC104通讯单元，然后再传输进入CPLD单元，最后进入单片机单元；\n[0010] 脉冲发生单元的数据由CPLD单元传输进入，输入脉冲发生单元的初始脉冲由单片机单元提供，脉冲发生单元通过对输入的初始脉冲分频生成一个频率、脉宽可控的脉冲，通过输入输出接口单元分别对四个轴的伺服驱动器实现精确控制；\n[0011] 输入输出接口单元负责脉冲发生单元、单片机中的IO端口、CPLD单元等部件和外部电路以及伺服驱动器的数据交互，将单片机IO端口的输出信号、脉冲发生单元输出信号进行放大后输出给伺服驱动器以及外部电路；同时外部电路的数字量信号经由通过输入输出接口单元处理后进入单片机IO端口，外部模拟量输入信号经由输入输出接口单元处理后传输进入单片机单元，外部轴编码信号以及手摇脉冲发生器信号通过输入输出接口单元处理后传输进入CPLD单元，并供单片机单元使用。\n[0012] 扩展外部存储器单元负责存储系统工作时的数据，单片机单元片内存储器数据存储量小，部分数据通过CPLD单元传递进入扩展外部存储器单元进行存储，并随时供单片机单元读取。\n[0013] 所述输入输出接口单元，其输入输出的数字量信号通过一个数字量IO扩展单元，数字量IO扩展单元负责扩展输入输出的数字量信号，将通过输入输出接口单元输入数字量IO扩展单元的信号锁存，等待单片机单元读取；将单片机单元通过CPLD单元传输进入数字量IO扩展单元的输出部分进行锁存，并传递给输入输出接口单元再输出。\n[0014] 所述单片机单元，其数模转换产生的模拟量信号通过一个DA(数模)扩展单元进行运算放大，以符合外部电路的需求，DA扩展单元放大后的输出信号通过输入输出接口单元传输给伺服驱动器以及外部电路。\n[0015] 所述单片机单元，其接收的外部输入的模拟量信号，经过一个AD(模数)扩展单元的初步处理达到单片机单元AD转换的要求，再进入单片机单元。\n[0016] 所述单片机单元，其通过串口通讯单元实现运动控制卡和PC机的串口通讯。\n[0017] 所述单片机单元，其监控、正常工作维持等工作由系统辅助单元完成，系统辅助单元包括复位单元、看门狗单元、JTAG单元、外部时钟单元以及电源监控单元五个部分，其中：\n[0018] 复位单元在看门狗单元监测到发生异常时，控制电源监控单元对单片机单元停止供电，进行复位；\n[0019] 看门狗单元通过和单片机单元之间传递信号监测单片机单元是否发生异常的情况；\n[0020] JTAG(联合测试行动小组标准)单元将单片机单元的信号经由CPLD单元向外部PC提供，信号内容主要为单片机单元运行时芯片内部数据信息；\n[0021] 外部时钟单元通过外部振荡器电路为系统提供输入时钟；\n[0022] 电源监控单元将外部供电进行处理传输给单片机单元，以保证正常供电。\n[0023] 所述输入输出接口单元，包括数字量输入输出接口单元、模拟量输入输出接口单元、脉冲信号处理单元、手摇脉冲信号处理单元、轴编码信号处理单元，其中：\n[0024] 数字量输入输出接口单元负责单片机单元中的IO端口、数字量IO扩展单元和外部电路的交互；\n[0025] 模拟量输入输出接口单元负责DA扩展单元、AD扩展单元和外部电路的交互，外部电路中的模拟量输入通过本单元进行稳压处理后传输给AD扩展单元、DA扩展单元，AD扩展单元、DA扩展单元产生的模拟量信号经本单元稳压处理后传输给外部电路；\n[0026] 脉冲信号处理单元将脉冲发生单元产生的脉冲信号经过差动处理传输给CPLD单元；\n[0027] 手摇脉冲信号处理单元将外部手摇脉冲发生器信号经过差分处理传输给CPLD单元；\n[0028] 轴编码信号处理单元将外部轴信号经过差分处理传输给CPLD单元。\n[0029] 本发明工作时，PC104通讯单元从上位机获取用户指令，并通过CPLD单元传递给单片机单元，单片机单元进行运动计算处理，得到运动数据以及相关信息，数据通过CPLD单元传输给脉冲发生单元，同时相关信息传输到单片机单元的IO端口或者数字量IO扩展单元，脉冲发生单元产生控制伺服驱动器的脉冲，并连同IO信号(由IO端口或者数字量IO扩展单元产生)，一起传输进入输入输出接口单元，控制外部伺服驱动器。伺服驱动器的轴编码器信号由输入输出接口单元处理传输进入CPLD单元，反馈给单片机单元，对运动进行修正。当外部有模拟量信号时，通过AD扩展单元将该信号处理后，再传输进入单片机单元转化为数字量，单片机单元根据该信号进行运动参数的调整处理。如果外部伺服有采用模拟量控制的驱动部件，则单片机单元将运动数据经由DA转换后经由DA扩展单元处理后，由输入输出接口单元传输给伺服驱动器。如果用户采用手摇脉冲发生器控制运动，则手摇脉冲发生信号由输入输出接口单元进入CPLD单元，再进入单片机单元，单片机单元根据脉冲发送信息给脉冲发生单元，进行脉冲输出。在上述过程中，单片机单元负责和上位机交互信息、负责插补运算，得出运动进给量、负责根据反馈信息的运动修正等；CPLD单元是大部分单元和单片机单元信息交互的中转平台，数据均通过CPLD单元进出单片机单元。\n[0030] 本发明和现有技术相比，具有如下优点：\n[0031] (1)本发明采用具有SOC功能的改进的单片机作为微处理器，它比传统的51单片机性能提高了10倍、并且内部包含了AD、DA，多路复位、内部电源等多种功能，极大的减少了外部电路模块。和普通单片机比较，由于本发明中的单片机具有JTAG功能，使其具有在线调试能力；\n[0032] (2)本发明采用CPLD技术对硬件地址进行译码规划，保证了硬件地址的充足，而且CPLD可以代替传统的电路，完成一些逻辑运算功能，降低了整体成本，而且提高了系统的稳定性；\n附图说明\n[0033] 图1为本发明中的系统结构框图；\n[0034] 图2为本发明中的PC104通讯单元结构示意图；\n[0035] 图3为本发明中的数字量IO扩展单元结构示意图；\n[0036] 图4为本发明中的AD扩展单元及DA扩展单元结构示意图；\n[0037] 图5为本发明中的脉冲发生单元结构示意图；\n[0038] 图6为本发明中的输入输出接口单元结构示意图；\n[0039] 图7为本发明中的运动控制流程图。\n具体实施方式\n[0040] 下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。\n[0041] 如图1所示，本实施例包括：单片机单元、CPLD单元、PC104通讯单元、脉冲发生单元、输入输出接口单元、扩展外部存储器单元、串口通讯单元、数字量IO扩展单元、DA扩展单元、AD扩展单元、系统辅助单元，其中：\n[0042] 单片机单元分别与CPLD单元、PC104通讯单元、系统辅助单元、串口通讯单元、DA扩展单元、AD扩展单元、脉冲发生单元相连；CPLD单元分别与脉冲发生单元、PC104通讯单元、数字量IO扩展单元、扩展外部存储器单元相连；PC104通讯单元通过PC104总线与上位机相连，DA扩展单元、AD扩展单元、单片机中的IO端口、数字量IO扩展单元中的输入输出信号通过输入输出接口单元和外部伺服驱动器以及外部电路连接。\n[0043] 单片机单元采用CYGNAL公司生产的型号为C8051F120的芯片，负责对CPLD单元、串口通讯单元进行访问控制。芯片内部有Flash存储器以及内部数据存储器，分别负责储存系统程序以及程序运行数据。芯片内部具有AD转换和DA转换功能，分别对应AD扩展单元以及DA扩展单元进行魔术转换。芯片实时计算运动数据，将数据传输进入CPLD单元、同时将控制信息传入CPLD单元；\n[0044] CPLD单元为一块由Xilinx公司生产的型号为XC95144XL的芯片，其和单片机单元以及PC104通讯单元、数字量IO扩展单元、脉冲发生单元的片选信号连接，根据其内部的逻辑运算功能按照单片机单元的控制信息将输入的数据发送往PC104通讯单元、数字量IO扩展单元、脉冲发生单元，CPLD单元还处理手摇脉冲信号、轴编码信号，并传输给单片机单元；\n[0045] PC104通讯单元负责上位机和单片机单元的通讯，上位机通过PC104总线将数据传输进入本单元，并经由本单元传输进入CPLD单元，再进入单片机单元；如果单片机单元向上位机传输数据，数据由CPLD单元和PC104通讯单元传输到上位机。\n[0046] 脉冲发生单元由单片机单元提供输入初始脉冲、由CPLD单元传输进入的数据进行控制，产生控制运动的脉冲。\n[0047] 输入输出接口单元负责数字量IO扩展单元、DA扩展单元、AD扩展单元、脉冲发生单元、单片机单元中的IO端口、CPLD单元等部件和外部电路以及伺服驱动器的交互。本单元将DA扩展单元输出的信号、IO信号扩展单元中的输出信号，单片机单元的IO端口的输出信号、脉冲发生单元输出信号进行放大后输出给伺服驱动器以及外部电路。同时外部电路的开关量信号经由通过本单元处理后进入数字量IO扩展单元以及单片机单元的IO端口，外部模拟量输入信号经由本单元处理后传输进入AD扩展单元。外部轴编码信号以及手摇脉冲发生器信号通过本单元处理后传输进入CPLD单元，并供单片机单元使用。\n[0048] 扩展外部存储器单元为一块NVRAM(非易失性随机访问存储器)芯片，该芯片是Simtek Corporation公司的UL635H256芯片，该芯片具有256K存储空间，单片机单元内部存储器空间不足时，通过CPLD单元，将数据存储在本单元内，以供单片机单元需要时调用。\n[0049] 串口通讯单元为一块单通道串口线驱动器芯片MAX3221，负责PC机和运动控制卡的串口通讯，通讯将PC机数据直接传输进入单片机单元。\n[0050] 数字量IO扩展单元负责将CPLD单元的数据锁存输出、将输入数据锁存后传输进入CPLD单元。\n[0051] DA扩展单元对单片机单元数模转换产生的模拟量进行运算放大处理后传输给输入输出接口单元。\n[0052] AD扩展单元对传输给单片机单元的模拟量预先进行处理，以满足单片机单元AD转换的要求。\n[0053] 系统辅助单元主要负责维持单片机单元正常工作，监控单片机单元状态等功能，包括：复位单元、看门狗单元、JTAG单元、外部时钟单元以及电源监控单元，其中：\n[0054] 复位单元在看门狗单元监测到发生异常时，控制电源监控单元对单片机单元停止供电，进行复位；\n[0055] 看门狗单元通过和单片机单元之间传递信号监测单片机单元是否发生异常的情况；\n[0056] JTAG(联合测试行动小组标准)单元将单片机单元的信号经由CPLD单元向外部PC提供，信号内容主要为单片机单元运行时芯片内部数据信息；\n[0057] 外部时钟单元通过外部振荡器电路为系统提供输入时钟；\n[0058] 电源监控单元将外部供电进行处理传输给单片机单元，以保证正常供电。\n[0059] 如图2所示，所述PC104通讯单元，采用通讯芯片实现，通讯芯片采用IDT7024芯片，该通讯芯片有两个标示器分别称为左侧标示器和右侧标示器，为通讯双方提供标示作用。通讯芯片负责单片机单元控制的CPLD单元和上位机之间的通讯，其通讯方式具体如下：通讯采用标示器逻辑方式进行，如果单片机单元要向通讯芯片读写数据，则通过CPLD单元向左侧标示器进行申请，如果申请成功、则单片机单元通过CPLD单元和通讯芯片进行数据流的交互、同时锁定右侧标示器，使得右侧不能进行上位机和通讯芯片之间数据流的交互，保证PC104通讯单元中的数据不发生混乱。当数据流交互完成后，左侧的标示器还需要将右侧信号灯的锁定解锁，防止发生锁死的现象。如果右侧上位机希望通过总线向通讯芯片读写数据，则同样的需要通过右侧的标示器进行申请。上位机和通讯芯片之间的数据流和信号量传输通过PC104总线进行传输。PC104通讯单元保证了运动控制卡和上位机系统的高效准确通讯。\n[0060] 如图3所示，所述数字量IO扩展单元，包括1个输入数据锁存器以及5个输出数据锁存器，负责处理运动控制中主要的开关量信号，包括伺服驱动的起停、限位、正转反转、减速、回零等信号。总线数据是8位的，而每八个开关量信号由一个输出数据锁存器输出，一位代表一个开关信号量。输出数据锁存器采用74HC377六上升沿D型触发器，输出数据锁存器均是8位的，对应总线中的8位数据，通过地址线中的片选信号进行选通输出。同样的，输入数据锁存器采用74HC244八路三态缓冲驱动，对应一组8个数据输入一个数据锁存器。通过地址线中的片选信号进行选通输出。这样可以扩展出两路输入总线信号和两路输出总线信号，总计8个输入和40个输出信号。\n[0061] 如图4所示，所述DA转换单元和AD转换单元，均为运算放大器，DA转换单元工作时，单片机单元DA转换产生的模拟量输出信号为0-2.5v，通过运算放大器转化为实际伺服驱动需要-10v-10v的模拟量输出，AD转换单元工作时，将输入为-10v-10v的模拟量信号，通过运算放大器转换为0-2.5v，进入单片机单元。\n[0062] 如图5所示，所述脉冲发生单元，包括4个Intel公司的8254计数器芯片，该4个计数器芯片分别对应4个运动轴，每个计数器芯片均包括三个计数器，分别记为第一计数器、第二计数器、第三计数器，第一计数器的输出和第二计数器的输入相连，第二计数器的输出和第三计数器的输入相连，第三计数器的输出连接非门后和第三计数器的输入同时进入与非门。工作时，将第一计数器和第二计数器设置为分频脉冲形成工作方式，第三计数器设置为可编程的单脉冲工作方式，分频脉冲的初值由单片机单元提供，而所有的计数器设置数据以及计数器数值均由CPLD单元传输进入，单片机单元的分频初始脉冲进入第一计数器的输入，由于第一计数器和第二计数器设置为分频脉冲形成工作方式，得到的第二计数器的输出为一个经过两次分频后的脉冲，将第二计数器的输出连入第三计数器的输入，由于第三计数器采用编程的单脉冲工作方式使得第三计数器输出脉冲宽度为一定值，而该脉冲和第二计数器输出(也为第三计数器输入)进行逻辑运算后得到脉宽由第三计数器决定、频率由第二计数器控制的一段脉冲，该脉冲输出至输入输出接口单元，并进一步控制外部伺服电机。\n[0063] 如图6所示，所述输入输出接口单元，包括：数字量IO接口单元、模拟量IO接口单元、脉冲信号处理单元、手摇脉冲信号处理单元、轴编码信号处理单元，其中：\n[0064] 数字量输入输出接口单元，其接受数字量IO扩展单元、单片机单元中的IO端口中的信号，经过光耦隔离，再进行驱动放大后传输给伺服驱动器及外部电路。或反向将外部信号进行处理后传输给单片机单元；\n[0065] 模拟量输入输出接口单元，其接收单片机单元传输的模拟量信号，经过驱动放大后输出到伺服驱动器及外部电路，反之外部模拟量反向进入单片机单元；\n[0066] 脉冲信号处理单元将脉冲发生单元产生的脉冲信号经过差动线路驱动后，传输进入伺服驱动器及外部电路；\n[0067] 手摇脉冲信号处理单元将外部电路中的手摇脉冲信号经过差动比较后传输进入CPLD单元；\n[0068] 轴编码信号处理单元将外部电路中的轴编码信号经过差动比较后传输进入CPLD单元。\n[0069] 所述驱动放大，采用的驱动放大器为LM1413放大器。\n[0070] 所述差动线路驱动，采用的驱动器为AM26LS31四路差动线路驱动器。\n[0071] 所述差动比较，采用的差动比较器为LM139四路差动比较器。\n[0072] 如图7所示，本实施例工作时上位机将运动信息通过PC104通讯单元传输给CPLD单元，CPLD单元将信息传递给单片机单元运算处理运动数据，得到运算结果后，再由CPLD单元发送给脉冲发生器，脉冲发生器据此产生控制驱动器的脉冲信号，该信号经由输入输出接口单元控制伺服驱动器。单片机单元片内存储器数据存储量小，部分数据通过CPLD单元传递进入扩展外部存储器单元进行存储，并随时供单片机单元读取。\n[0073] 本实施例采用具有SOC功能的C8051F120单片机作为微处理器，它比传统的51单片机性能提高了10倍、并且内部包含了AD、DA，多路复位、内部电源等多种功能，极大的减少了外部电路模块。和普通单片机比较，由于本实施例中的单片机具有JTA6功能，使其具有在线调试能力；\n[0074] 本实施例采用CPLD技术对硬件地址进行译码规划，保证了硬件地址的充足，而且CPLD可以代替传统的电路，完成一些逻辑运算功能，降低了整体成本，而且提高了系统的稳定性；\n[0075] 本实施例中对伺服驱动器的驱动方式采用位置控制的方式进行。采用Intel8254计数器实现脉冲输出，该方法利用8254技术器的三个计数器协同工作，可以同时对运动的速度和位置进行控制，控制精度高。