现场总线运动控制模块的设计及其在PLC系统中的应用
运动控制模块接收到工作指令后，开始进行G代码的解释执行任务。G代码存放在SD卡中，主控制器集成FAT文件系统，支持SD卡的文件读写。G代码读入后，逐行进行第一遍扫描(即指令预处理),期间将注释、空格、非法字符去除，小写字符转换成大写，以方便解码程序进行识别。
经过预处理的G代码指令逐行送入G代码解码程序，解释程序再逐字检查其是否为G代码的指令字符，若是，则提取关键字的后续数值，作为该指令的操作数，将其提取出来。其中用到了ANSI C的标准库函数sscanf( )(位于stdio.h中)，可以方便地提取字符串中指定的信息，支持类正则表达式的格式字符串，非常灵活。同时因为使用了ANSI C的标准库函数，程序移植简单。
以下是G代码解码程序的部分代码：
/*遍历整个s字符串，找到字符后，提取后续数字，并存入中间代码中*/
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/152081.htm
其中,CurrentGMidCode是预定义的结构体变量，用于保存每行G代码提取出来的指令及其操作数,结构如下：
提取到每行G代码的关键信息后进行相关处理，计算出每行代码的运动起止坐标,将其通过SPI总线发送至NC控制芯片，控制电机运动。
1.3.2 插补进给
电机的插补运算、加减速和进给控制，由一个独立STM32微控制器完成,并称为NC运动控制芯片。
目前市场上的运动控制芯片主要是日本和欧美公司的专用ASIC和各数控厂家自行开发的FPGA芯片，虽然性能优越,但价格不低。相对于使用ASIC芯片或FPGA芯片，完成同样的任务使用MCU方案，硬件生产成本和开发成本均具有明显优势，当STM32微控制器运行在其最高频率为72 MHz下时,性能完全可以满足中低端数控系统应用的要求。
在三轴数控铣系统中，NC运动控制芯片需要实现三轴快速定位、二轴直线插补、二轴圆弧插补、三轴直线插补的功能。
插补是在组成轨迹的直线段或曲线段的起点和终点之间，按一定的算法进行数据点的密化工作，以确定一些中间点，从而为轨迹控制的每一步提供逼近目标。在本控制器中，选用逐点比较法作为基本的插补算法，具有算法简单高效、进给速度均匀的特点，同时支持三轴的直线插补[1]，满足本控制器对插补算法的要求。
逐点比较直线插补，就是执行机构每走一步都要和给定运动轨迹上相应的坐标值相比较，比较的结果称为偏差函数F，根据偏差的正、负决定下一步的进给方向。实质上这是一种用阶梯折线来逼近直线的一种算法，它与规定运动轨迹之间的最大误差为1个脉冲当量(每走1步移动的距离)。因此，只要把脉冲当量设计得足够小，就可以达到运动精度的要求[2]。
1.4 Modbus-RTU协议的实现
Modbus-RTU是Modicon公司开发的一种通信协议。它采用主从应答方式工作,其规范已公布在互联网上，是一种在工业领域被广为应用的真正开放的标准网络通信协议。由于它具有免收许可费用，易于集成不同的设备、简单易用、开发成本低、有着广泛的知识资源支持等特点，已经成为一种公认的通用工业标准。有了这个标准，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。Modbus PTU协议有2种传输模式：RTU模式和ASCII模式。其中RTU模式信息帧中的8 bit数据包括2个4 bit十六进制字符，相对于ASCII模式，RTU模式表达相同的信息需要较少的位数，且在相同通信速率下具有更大的数据流量。因此通常情况下，一般工业智能仪器仪表都是采用RTU模式的Modbus规约。
Modbus-RTU协议以帧为通信的基本单位,帧格式为：地址码1 B;功能码1 B;数据区N B;错误校验2 B CRC码。
本运动控制器在其RS-485接口上实现了Modbus-RTU协议，使用了当今流行的免费开源协议栈FreeModbus-RTU，从而保证了可靠的通信、节约了开发成本。
FreeModbus是针对通用的Modbus协议栈在嵌入式系统中应用的实现，其遵循BSD开放源代码协议，并可以免费用于商业用途，成熟可靠。移植FreeModbus到STM32处理器只需要少量资源，除了1个双工USART外，只需要配置1个定时器进行超时判断即可。
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