运动控制系列芯片HCTL-1100的原理及应用
日期：2009-4-29 23:06:00 来源：本站整理
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摘要：HCTL-1100是美国Agilent公司生产的高性能通用运动控制系列芯片。利用它可以与主处理器、放大器、电机和增量式编码器构成一个完整的运动控制系统。因此HCTL-1100可广泛应用于打印机、医疗器械、原材料加工和各种自动化控制领域。文中介绍了HCTL-1100芯片的结构、原理及应用。
关键词：HCTL-1100 运动控制 单片机 电机 增量式编码器
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
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摘要：HCTL-1100是美国Agilent公司生产的高性能通用运动控制系列芯片。利用它可以与主处理器、放大器、电机和增量式编码器构成一个完整的运动控制系统。因此HCTL-1100可广泛应用于打印机、医疗器械、原材料加工和各种自动化控制领域。文中介绍了HCTL-1100芯片的结构、原理及应用。
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关键词：HCTL-1100 运动控制 单片机 电机 增量式编码器
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1、HCTL-1100的特性
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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：
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●功耗低；
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●具有PDIP和PLCC两种封装形式；
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
●可用来控制直流有刷、直流无刷和步进电机；
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●内含可编程数字滤波器和换向器；
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●具有8位并行和PWM（脉宽调制）电机额定值输出端口；
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●与TTL电平兼容；
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
●带有协调多个HCTL-1100的SYNC（同步）引脚；
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●具有100kHz～2MHz的工作频率范围；
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●带有编码器输入端口。
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2、TCTL-1100的引脚功能
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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。
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HCTL-1100运动控制芯片各主要引脚的功能说明如下：
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●同步引脚（SYNC）
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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。
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●限位引脚（LIMIT）
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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。
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●停止引脚（STOP）
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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。
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●编码器输入引脚（CHA，CHB，INDEX）
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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。
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
●电机额定值端口（MC0-MC7）
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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。
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●脉宽调制（PWM）输出端口（PLUSE，SIGN）
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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。
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●梯度式引脚（PROF）
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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。
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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●初始化/空闲引脚（INIT）
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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。
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●换向器引脚（PHA～PHD）
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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。
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3、工作原理
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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。
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4、HCTL-1100的寄存器
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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。
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5、工作流程
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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。
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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。
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6、具体应用
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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：
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RD1100：SETB P2.0 ；设置读/写状态为读
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MOV P，1B ；锁存地址
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CLR P2.3 ；锁存地址
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CLR P2.3 ；发地址锁存信号脉冲
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SETB P2.3
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MOV P1,#0FFH
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CLR P2.2 ；发片选信号脉冲
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SETB P2.2
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NOP
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MOV A，P0 ；从1100获取数据
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SETB P2.1 ；使输出势能无效
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