CPUIP核的組成

盡管各種CPU的性能指標(biāo)和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)不同，但所要完成的基本功能相同，從整體上可分為八個(gè)基本的部件：時(shí)鐘發(fā)生器、指令寄存器、累加器、RISCCPU算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、數(shù)據(jù)控制器、狀態(tài)控制器、程序控制器、程序計(jì)數(shù)器、地址多路器。狀態(tài)控制器負(fù)責(zé)控制每一個(gè)部件之間的相互操作關(guān)系，具體的結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系如圖1所示。

時(shí)鐘發(fā)生器利用外部時(shí)鐘信號(hào)，經(jīng)過分頻生成一系列時(shí)鐘信號(hào)給CPU中的各個(gè)部件使用。為了分頻后信號(hào)的跳變性能，在設(shè)計(jì)中采用了同步狀態(tài)機(jī)的方法。

指令寄存器在觸發(fā)時(shí)鐘clk1的正跳變觸發(fā)下，將數(shù)據(jù)總線送來的指令存入寄存器中。數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用傳遞數(shù)據(jù)和指令，由狀態(tài)控制器的load_ir信號(hào)負(fù)責(zé)判別。load_ir信號(hào)通過使能信號(hào)ena口線輸入到指令寄存器。復(fù)位后，指令寄存器被清為零。每條指令為兩個(gè)字節(jié)16位，高3位是操作碼，低13位是地址線。CPU的地址總線為是13位，位尋址空間為8K字節(jié)。本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)總線是8位，每條指令取兩次，每次由變量state控制。

累加器用于存放當(dāng)前的運(yùn)算結(jié)果，是雙目運(yùn)算中的一個(gè)數(shù)據(jù)來源。復(fù)位后，累加器的值為零。當(dāng)累加器通過使能信號(hào)ena口線收到來自CPU狀態(tài)控制器load_acc信號(hào)后，在clk1時(shí)鐘正跳沿時(shí)就接收來自數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)。

算術(shù)邏輯運(yùn)算單元根據(jù)輸入的不同的操作碼分別實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的加、與、異或、跳轉(zhuǎn)等基本運(yùn)算。

數(shù)據(jù)控制器其作用是控制累加器的數(shù)據(jù)輸出，由于數(shù)據(jù)總線是各種操作傳送數(shù)據(jù)的公共通道，分時(shí)復(fù)用，有時(shí)傳輸指令，有時(shí)要傳送數(shù)據(jù)。其余時(shí)候，數(shù)據(jù)總線應(yīng)呈高阻態(tài)，以允許其他部件使用。所以，任何部件向總線上輸出數(shù)據(jù)時(shí)，都需要一個(gè)控制信號(hào)的，而此控制信號(hào)的啟、停則由CPU狀態(tài)控制器輸出的各信號(hào)控制決定。控制信號(hào)datactl_ena決定何時(shí)輸出累加器中的數(shù)據(jù)。

地址多路器用于輸出的地址是PC（程序計(jì)數(shù)器）地址還是數(shù)據(jù)/端口地址。每個(gè)指令周期的前4個(gè)時(shí)鐘周期用于從ROM中讀取指令，輸出的應(yīng)是PC地址，后4個(gè)時(shí)鐘周期用于對(duì)RAM或端口的讀寫，該地址由指令給出，地址的選擇輸出信號(hào)由時(shí)鐘信號(hào)的8分頻信號(hào)fecth提供。

程序計(jì)數(shù)器用于提供指令地址，以便讀取指令，指令按地址順序存放在存儲(chǔ)器中，有兩種途徑可形成指令地址，一是順序執(zhí)行程序的情況，二是執(zhí)行JMP指令后，獲得新的指令地址。

驅(qū)動(dòng)器的簡(jiǎn)介

伺服驅(qū)動(dòng)器（servo drives）又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，目前是傳動(dòng)技術(shù)的產(chǎn)品。
伺服驅(qū)動(dòng)器是現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人及數(shù)控加工中心等自動(dòng)化設(shè)備中。尤其是應(yīng)用于控制交流永磁同步電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。當(dāng)前交流伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設(shè)計(jì)合理與否，對(duì)于整個(gè)伺服控制系統(tǒng)，特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用 [1] 。
在伺服驅(qū)動(dòng)器速度閉環(huán)中，電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)速度測(cè)量精度對(duì)于改善速度環(huán)的轉(zhuǎn)速控制動(dòng)靜態(tài)特性至關(guān)重要。為尋求測(cè)量精度與系統(tǒng)成本的平衡，一般采用增量式光電編碼器作為測(cè)速傳感器，與其對(duì)應(yīng)的常用測(cè)速方法為M/T測(cè)速法。M/T測(cè)速法雖然具有一定的測(cè)量精度和較寬的測(cè)量范圍，但這種方法有其固有的缺陷，主要包括：1）測(cè)速周期內(nèi)檢測(cè)到至少一個(gè)完整的碼盤脈沖，限制了低可測(cè)轉(zhuǎn)速；2）用于測(cè)速的2個(gè)控制系統(tǒng)定時(shí)器開關(guān)難以嚴(yán)格保持同步，在速度變化較大的測(cè)量場(chǎng)合中無法測(cè)速精度。因此應(yīng)用該測(cè)速法的傳統(tǒng)速度環(huán)設(shè)計(jì)方案難以提高伺服驅(qū)動(dòng)器速度跟隨與控制性能

驅(qū)動(dòng)器工作原理編輯
目前主流的伺服驅(qū)動(dòng)器均采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）作為控制核心，
可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路,同時(shí)具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路,在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路,以減小啟動(dòng)過程對(duì)驅(qū)動(dòng)器的沖擊。功率驅(qū)動(dòng)單先通過三相全橋整流電路對(duì)輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步交流伺服電機(jī)。功率驅(qū)動(dòng)單元的整個(gè)過程可以簡(jiǎn)單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元（AC-DC）主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐贰?br /> 隨著伺服系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用，伺服驅(qū)動(dòng)器使用、伺服驅(qū)動(dòng)器調(diào)試、伺服驅(qū)動(dòng)器維修都是伺服驅(qū)動(dòng)器在當(dāng)今比較重要的技術(shù)課題，越來越多工控技術(shù)服務(wù)商對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了技術(shù)深層次研究。
伺服驅(qū)動(dòng)器是現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人及數(shù)控加工中心等自動(dòng)化設(shè)備中。尤其是應(yīng)用于控制交流永磁同步電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。當(dāng)前交流伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設(shè)計(jì)合理與否，對(duì)于整個(gè)伺服控制系統(tǒng)，特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用。

編碼器如以信號(hào)原理來分，有增量型編碼器,型編碼器。
　　增 量 型 編 碼 器 (旋轉(zhuǎn)型)
　　工作原理:
　　由一個(gè)中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號(hào)組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差（相對(duì)于一個(gè)周波為360度），將C、D信號(hào)反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。
　　由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。
　　編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個(gè)數(shù)量級(jí)，塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。
　　分辨率—編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線。
　　信號(hào)輸出:
　　信號(hào)輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電極開路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長(zhǎng)線差分驅(qū)動(dòng)（對(duì)稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號(hào)接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對(duì)應(yīng)。
　　信號(hào)連接—編碼器的脈沖信號(hào)一般連接計(jì)數(shù)器、PLC、計(jì)算機(jī)，PLC和計(jì)算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關(guān)頻率有低有高。
　　如單相聯(lián)接，用于單方向計(jì)數(shù)，單方向測(cè)速。
　　A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計(jì)數(shù)、判斷正反向和測(cè)速。
　　A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測(cè)量。
　　A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)的連接，電流對(duì)于電纜貢獻(xiàn)的電磁場(chǎng)為0，衰減小，抗干擾佳，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。
　　對(duì)于TTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)150米。
　　對(duì)于HTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)300米。
增量式編碼器的問題：
增量型編碼器存在零點(diǎn)累計(jì)誤差，抗干擾較差，接收設(shè)備的停機(jī)需斷電記憶，開機(jī)應(yīng)找零或參考位等問題，這些問題如選用型編碼器可以解決?！　　　?br /> 增量型編碼器的一般應(yīng)用:
測(cè)速，測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，測(cè)移動(dòng)角度、距離(相對(duì))?！　?br /> 型編碼器（旋轉(zhuǎn)型）　　　　　　
編碼器光碼盤上有許多道光通道刻線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16 線……編排，這樣，在編碼器的每一個(gè)位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的的2進(jìn)制編碼（格雷碼），這就稱為n位編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤的機(jī)械位置決定的，它不受停電、干擾的影響?！　?br /> 編碼器由機(jī)械位置決定的每個(gè)位置是的，它無需記憶，無需找參考點(diǎn)，而且不用一直計(jì)數(shù)，什么時(shí)候需要知道位置，什么時(shí)候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了?！　　　?br /> 從單圈值編碼器到多圈值編碼器
旋轉(zhuǎn)單圈值編碼器，以轉(zhuǎn)動(dòng)中測(cè)量光電碼盤各道刻線，以獲取的編碼，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)超過360度時(shí)，編碼又回到原點(diǎn)，這樣就不符合編碼的原則，這樣的編碼只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360度以內(nèi)的測(cè)量，稱為單圈值編碼器?！　?br /> 如果要測(cè)量旋轉(zhuǎn)超過360度范圍，就要用到多圈值編碼器?！　?br /> 編碼器生產(chǎn)廠家運(yùn)用鐘表齒輪機(jī)械的原理，當(dāng)中心碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過齒輪傳動(dòng)另一組碼盤（或多組齒輪，多組碼盤），在單圈編碼的基礎(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼，以擴(kuò)大編碼器的測(cè)量范圍，這樣的編碼器就稱為多圈式編碼器，它同樣是由機(jī)械位置確定編碼，每個(gè)位置編碼不重復(fù)，而無需記憶。　　
多圈編碼器另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于測(cè)量范圍大，實(shí)際使用往往富裕較多，這樣在安裝時(shí)不必要費(fèi)勁找零點(diǎn)， 將某一中間位置作為起始點(diǎn)就可以了，而大大簡(jiǎn)化了安裝調(diào)試難度。




編碼器的作用：編碼器是一種將旋轉(zhuǎn)位移轉(zhuǎn)換成一串?dāng)?shù)字脈沖信號(hào)的旋轉(zhuǎn)式傳感器，這些脈沖能用來控制角位移，如果編碼器與齒輪條或螺旋絲杠結(jié)合在一起，也可用于測(cè)量直線位移。
1、編碼器（encoder）是將信號(hào)（如比特流）或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式的設(shè)備。編碼器把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，前者稱為碼盤，后者稱為碼尺。
2、按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種；按照工作原理編碼器可分為增量式和式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過程無關(guān)。