摘要：HCTL-1100是美國Agilent公司生產(chǎn)的高性能通用運動控制系列芯片。利用它可以與主處理器、放大器、電機和增量式編碼器構(gòu)成一個完整的運動控制系統(tǒng)。因此HCTL-1100可廣泛應(yīng)用于打印機、醫(yī)療器械、原材料加工和各種自動化控制領(lǐng)域。文中介紹了HCTL-1100芯片的結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：HCTL-1100 運動控制 單片機 電機 增量式編碼器 1、HCTL-1100的特性 HCTL-1100是美國Agilent公司生產(chǎn)的高性能通用運動控制系列芯片，它內(nèi)部集成了數(shù)字濾波器、換向器等可編程器件，因而可以使系統(tǒng)使用最少的元件來實現(xiàn)運行控制，這樣不僅減輕了上位主機的控制負擔(dān)，同時還具有很大的靈活性。HCTL-1100的主要特點如下： ●功耗低； ●具有PDIP和PLCC兩種封裝形式； ●可用來控制直流有刷、直流無刷和步進電機； ●內(nèi)含可編程數(shù)字濾波器和換向器； ●具有8位并行和PWM（脈寬調(diào)制）電機額定值輸出端口； ●與TTL電平兼容； ●帶有協(xié)調(diào)多個HCTL-1100的SYNC（同步）引腳； ●具有100kHz～2MHz的工作頻率范圍； ●帶有編碼器輸入端口。 2、TCTL-1100的引腳功能 TCTL-1100具有40-PDIP和44-PLCC兩種封裝形式：圖1和圖2分別為這兩種封裝形式的腳排列圖。 HCTL-1100運動控制芯片各主要引腳的功能說明如下： ●同步引腳（SYNC） 該引腳只在INIT/IDLE模式下有效。可用來同步兩個或多個芯片。將多個芯片的SYNC端連在一起來接收上位機的命令可實現(xiàn)同步控制。 ●限位引腳（LIMIT） 用于輸入緊急限位標(biāo)志，低電平有效。當(dāng)該腳有效時，器件將進入INIT/IDLE模式，清除電機額定值并切斷電機電源，同時清除三個控制模式標(biāo)志。當(dāng)由INIT/IDLE模式重新進入控制模式后，這些標(biāo)志可自動恢復(fù)原值。不用時應(yīng)將該腳連到VDD，否則會引起觸發(fā)而使系統(tǒng)進入錯誤的緊急狀態(tài)。 ●停止引腳（STOP） 該停止標(biāo)志僅適用于積分速率模式，低電平有效。有效時，系統(tǒng)將會減速直到停止，同時將保持零速度狀態(tài)直到該位變高和新的速度命令被接收為止。不用時也應(yīng)將該端連到VDD。 ●編碼器輸入引腳（CHA，CHB，INDEX） 這三個引腳可用于接收增量式編碼器的TTL，電平輸出。共中通道A和B所接收的信號將被編碼成24位位置計數(shù)器信號并從換向器輸出。 ●電機額定值端口（MC0-MC7） 八位電機額定值端口由寄存器R08H組成，該寄存器的數(shù)據(jù)將直接傳到外部引腳MC0-MC7。其中MC7是最高有效位，R08H可讀可寫，寫入時通常為INIT/IDLE狀態(tài)。 ●脈寬調(diào)制（PWM）輸出端口（PLUSE，SIGN） PWM端口由PULSE和SIGN引腳組成。該端口輸出的電機額定值為帶有正負極性的脈寬調(diào)制信號。 ●梯度式引腳（PROF） 該引腳與內(nèi)部狀態(tài)寄存器的軟件標(biāo)志位4位連，也可由標(biāo)志寄存器（R00H）的位0表示。當(dāng)引腳和標(biāo)志位為高時，表明系統(tǒng)正處于梯度式移動狀態(tài)。移動結(jié)束后，控制器將對該標(biāo)志位清零。應(yīng)當(dāng)注意：標(biāo)志位清零的那一刻并不表明電機已停止工作。因此，它只是命令描述的完成而不是實際操作的完成。如果電機在移動中發(fā)生延遲而能跟上命令所要求的物理移動，則標(biāo)志位將在移動完成前被清零。 ●初始化/空閑引腳（INIT） 該引腳的狀態(tài)用于表明HCTL-1100正處于初始化/空閑狀態(tài)，它應(yīng)與內(nèi)部狀態(tài)寄存器的位5相連，也可由標(biāo)志寄存器（R00H）的位1表示。 ●換向器引腳（PHA～PHD） 這些引腳用于驅(qū)動無刷或步進電機。使用時可以對這四個引腳進行編程，以用于驅(qū)動多相電機的每個線圈。 3、工作原理 HCTL-1100可通過8位雙向地址數(shù)據(jù)復(fù)用端口與主機相連，以接收運動控制命令并控制電機帶動目標(biāo)系統(tǒng)運動，同時從增量式編碼器的積分輸出端接收位置（或速度）反饋信息。將該信息與預(yù)置的額定值進行比較，并將矯正后的值輸出給控制電機便可以帶動目標(biāo)系統(tǒng)的運動。圖3為其運動控制原理框圖，圖4所示為HCTL-1100的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。 4、HCTL-1100的寄存器 HCTL-1100的工作過程由內(nèi)部的64個八位寄存器控制。其中35個寄存器用于進行初始化或命令字的寫入等操作。剩余的29個作為臨時寄存器，但這些寄存器不能直接使用。可用的35個寄存器可分為一般控制、輸出、濾波器和換向器四類。一般控制寄存器又包括標(biāo)志寄存器（R00H）、可編程計數(shù)器（R05H）、狀態(tài)寄存器（R07H）、采樣定時寄存器（R0FH）、讀實際位置和預(yù)置實際位置寄存器等。而輸出寄存器（包括禁止極性轉(zhuǎn)換，8位電機額定值和脈寬調(diào)制額定值輸出）則包括電機額定值寄存器（R08H）和脈寬調(diào)制額定值寄存器（R09H）兩種。 5、工作流程 HCTL-1100有三種設(shè)置路徑和四種控制模式可供用戶選擇。三種路徑包括復(fù)位、初始化/空歲和排列對齊。四種控制模式分別為：位置控制、比例速率控制、梯形速度控制和積分速度控制。 圖5給出了如何用命令來設(shè)置路徑和切換控制模式的流程圖。 6、具體應(yīng)用 用HCTL-1100與主機（以8051為例）接口時，可通過8051的I/O端口P1.0～P2.3來控制HCTL-1100的讀/寫、輸出使能、片選、地址鎖存和復(fù)位等控制引腳。其部分軟件程序如下： RD1100：SETB P2.0 ；設(shè)置讀/寫狀態(tài)為讀 MOV P，1B ；鎖存地址 CLR P2.3 ；鎖存地址 CLR P2.3 ；發(fā)地址鎖存信號脈沖 SETB P2.3 MOV P1,#0FFH CLR P2.2 ；發(fā)片選信號脈沖 SETB P2.2 NOP NOP NOP ；延時4μs，為1MHz的HCTL-1100提供足夠的時間 CLR P2.1 ；設(shè)置輸出勢能引腳為效 MOV A，P0 ；從1100獲取數(shù)據(jù) SETB P2.1 ；使輸出勢能無效 RET