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1、sercos主站接口硬件設計

本設計采用SERCON816作為接口控制芯片。運動控制器的微處理器通過數據、地址、控制總線控制SERCON816的讀寫，并通過中斷信號響應SERCON816的處理請求。運動控制器的總體設計圖如圖2所示。SERCOS主站接口硬件設計的關鍵是SER-CON816電路設計，SERCON816關鍵電路原理圖如圖3所示，主要包括總線接口設計、中斷復位時鐘設計、串行接口設計。

/1.1總線接口設計總線接口的設計主要是數據、地址、控制線的連接。數據線為D[15：0]，地址線為A[15：0]，控制線主要是ALEL、ALEH、BHEN、MCSN0、MCSN1、PCS1、ADMUX、BUSMODE0、BUSMODE1、BUSWIDTH和BYTEDIR。本設計采用獨立的地址數據總線（AD-MUX=0，ALEL=1，ALEH=1），Intel總線模式（BUSMODE0=0，BUSMODE1=X），16位寬數據總線（BUSWIDTH=1），D[7：0]傳輸低字節（BYTEDIR=0）。本設計只用于16位傳輸，A[0]和BHEN都接地。SERCON816集成雙端口RAM和控制寄存器，本設計選用組合式片選方法，當CS為低電平時，選中芯片，地址線A12用于區分訪問雙端口RAM和控制寄存器，A12為0時，訪問雙端口RAM，A12為1時訪問控制寄存器。

1.2中斷復位時鐘設計SERCON816有2個中斷輸出引腳，INT0和INT1，微處理器也可以通過查詢控制寄存器查詢中斷情況，本設計通過查詢方式檢查中斷反饋。若使用硬件復位RSTN，需要使該引腳保持低電平至少50ns，也可通過軟件復位實現復位，本設計采用軟件方式實現復位。SERCON816有2個輸入時鐘：SCLK和MCLK。SCLK時鐘頻率需為64MHz，MCLK最高頻率允許為32MHz，可以由SCLK進行2分頻或4分頻得到，SCLK的2分頻或4分頻分別由引腳SCLK02和SCLK04輸出，可以將2個引腳的輸出作為MCLK的輸入，同時，為了使SCLK02和SCLK04有效，需將OUTZ引腳接地。

1.3串行接口設計SERCON816的數據傳輸率由引腳SBAUD和SBAUD16以及控制寄存器中的控制位決定，本設計選用4M的數據傳輸率，對應SBAUD設置為0，SBAUD16設置為1。串行接口關鍵的功能之一是中繼器功能，其開閉由控制位REPON決定，該位的復位值由引腳TM0和TM1決定，本設計設置為TM0=1，TM1=1，即復位時中繼器打開，但是建立通信時主站中繼器應關閉，防止主從站之間來回中繼。串行發送接口對應引腳為TxD1～TxD6，用于輸出數據到串行發送器。串行接收接口對應引腳為RxD，作為串行接收器的輸出。串行接口有幾個指示引腳：錯誤標志引腳L_ERRN，接收標志引腳RECACTN，發送狀態標志IDLE，可用于狀態指示。串行接口連接的串行發送器和接收器采用收發一體的OCM3351，硬件連接方便且可靠，電路圖如圖4所示。

2、SERCOS主站接口軟件設計

上述硬件設計構建了SERCOS協議的硬件環境，在此基礎上，還需要在微控制器上編寫控制驅動程序，實現SERCOS應用層協議。SERCOS接口通訊過程的建立要經過5個階段CP0～CP4。主站寫入階段信息到MST并發送給各從站，啟動新周期同步控制。在CP0段，主站發送MST檢查環路閉合情況，所有從站作為中繼器，若主站收到MST次數不小于10次，則表示環路閉合，可進入CP1。在CP1段，主站分別發送MDT給每個從站用于識別對應伺服，MDT中含有待識別伺服地址信息，控制對應伺服的從站收到MDT后與自身控制伺服地址比較，若匹配則處理MDT，并在下一個周期發送AT應答，沒有被尋址的伺服對應從站作為中繼器工作，收到所有伺服的正確應答后，可進入CP2。在CP2段，主站配置伺服參數，過程類似CP1，參數配置好后，主站發送IDN127過程命令判斷配置是否正確，從站給出正應答后可切換到CP3。在CP3段，主站傳輸運行參數，廣播發送MDT，所有從站均會接收并處理MDT，提取屬于自己的數據，并在下一個周期發送AT應答，最后主站發送IDN128過程命令檢查配置，配置正確則可切換到CP4。在CP4段，主站將指令寫入MDT并發送，從站將運行反饋寫入AT并發送，系統進入正常運行。本文從實際開發經驗出發，給出一個具體的參考：控制1個從站，帶1個伺服，地址設置為1，伺服編號為0，使用服務通道0，數據傳輸率為4M。本例有較強代表性，多個伺服控制可參考本例。在通訊階段開始之前，要對控制寄存器和雙端口RAM進行初始化。首先，設置要寫入IDN的參數，如表1所示。其次，對控制寄存器進行設置。主要需要確定與通信相關的參數，如表2所示。最后，進行雙端口RAM設置。RAM中包括的數據段有固定段、ATM段、MDTM段等。除了固定段用戶只能配置數值外，其他段在配置數據的同時還要配置地址。關鍵配置如表3所示。參數均配置好后，就可以進行通訊階段的初始化進而實現正常通信了。每個階段的控制流程圖如圖5、圖6、圖7和圖8所示，按照程序流程圖依次實現通信階段及切換，就可以正常建立SERCOS通信。

3、結語

應運動控制器發展的開放性、通用性趨勢，本文提出了在獨立運動控制器上集成SERCOS主站接口的開放性方案，論文詳細介紹了SERCOS主站的軟硬件設計及實現過程，并重點分析了開發過程中易出現問題的關鍵細節，給出了應用實例。測試結果表明主站實現了對從站的有效控制。SERCOS在獨立運動控制器上的集成在提高開放性的同時，大大提高了控制器性能，具有較好的實際價值和應用前景。

作者：劉娜 王云寬 陸浩 鄭軍 谷曉華 單位：中國科學院 自動化研究所