CN107357198A - 光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片及其控制方法，锁相环模块通过分频器与图像传感器时钟产生模块连接；电擦写可编程存储器与串行通讯接口连接，串行通讯接口与核心控制芯片CPU连接，串行通信总线模块、串行通信命令处理模块分别与核心控制芯片CPU连接，串行通信命令处理模块分别与串行通信总线模块、按键扫描模块、限位检测模块连接，串行通信命令处理模块通过液晶背光控制模块与液晶背光控制模块连接，串行通信命令处理模块通过步进电机驱动控制模块与伺服电机连接。解决了现有光纤熔接机功耗大、效率低、可靠性差，只能实现模糊控制，导致光纤熔接机接续品质低，寿命短的问题。
Description
技术领域
本发明属于光纤通信接续及维护技术领域，涉及一种光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片及其控制方法。
背景技术
随着3G、4G的建设使通信运营商对光纤通信的需求大增，4G网络建设、基站光纤通信技术的应用、运营商“光进铜退”战略的实施以及FTTH光纤到户大规模应用的发展，截止2016年底国内FTTH光纤到户覆盖率可达到70％以上，这些都使得光纤通信将成为目前最主要的通信传输载体，光纤的传输容量也得到了以前所未有的发展。据不完全统计，截止目前，国内已经敷设光缆总长约600万公里，形成了八纵八横的干线网，全球敷设光缆总长为近乎3600万公里，涉及180多个国家和地区，国内随着宽带业务的发展，网络还需要持续扩容，国内还有3～5年的增长期。
通过分析，目前已经完成施工正常运行的光缆网络需要维护，同时新敷设的光缆网络需要施工和维护，光缆通信维护的工作量巨大，就运营商每年需要累计投入超过60多亿元来维护光缆网络，为此光缆的维护与管理问题也日渐突出，随着光缆数量的增加以及早期敷设光缆故障次数在不断增加，全球市场对光纤线路接续和维护设备光纤熔接机需求量大，国内市场每年的光纤熔接机需求约为12万台，全球市场每年的光纤熔接机需求约为50万台，光纤熔接机在光缆通信中被广泛应用于FTTH，通信工程公司，运营商光缆网络的施工、维护，应急抢修，光器件实验，生产和测试，科研院所的教学研究等领域。
目前普遍采用热熔技术的光纤熔接机就是通过高压电弧将两根光纤断面熔化的同时利用高精度运动机构平缓推进让两根光纤融合成一根以满足施工现场光纤接续和维护的要求，在光纤接续整个过程中，高精度运动机构平缓推进装置的核心技术是高精度伺服驱动控制系统，其是实现高质量光纤接续的关键技术。
目前主流技术是通过核心控制芯片CPU发出异步控制指令实现对伺服系统的控制，此做法导致系统功耗增加，同时运动控制的精度很难得到充分保证，只能实现模糊控制，导致熔接机接续品质低下，同时熔接机寿命不能得到充分保证。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提供一种光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片，解决了现有技术中光纤熔接机由核心控制芯片CPU发出异步控制指令实现伺服驱动控制的功耗大、效率低、可靠性差，只能实现模糊控制，导致光纤熔接机接续品质低、寿命短的问题。
本发明的另一目的是，提供一种光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片控制伺服电机驱动运动机构对准的方法。
本发明所采用的技术方案是，一种光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片，锁相环模块通过分频器与图像传感器时钟产生模块连接，图像传感器时钟产生模块通过图像传感器时钟与图像传感器连接；电擦写可编程存储器与串行通讯接口连接，串行通讯接口与核心控制芯片CPU连接；串行通信总线模块、串行通信命令处理模块分别与核心控制芯片CPU连接，串行通信命令处理模块分别与串行通信总线模块、按键扫描模块、限位检测模块连接，串行通信命令处理模块通过液晶背光控制模块与液晶背光控制模块连接，串行通信命令处理模块通过步进电机驱动控制模块与6个伺服电机连接；所述光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片还包括上电复位模块，上电复位模块在上电中为高精度伺服驱动控制系统用芯片的所有模块提供全局逻辑复位信号。
本发明的特征还在于，进一步的，所述电擦写可编程存储器的型号为SMIC_EEPROM32K_018。
进一步的，所述电擦写可编程存储器与高精度伺服驱动控制系统用芯片的外部I2C物理引脚连接。
进一步的，还包括可配置的工作模式选择模块，用于实现不同模式的伺服电机的驱动控制，可配置的工作模式选择逻辑模块采用分布式逻辑分别与核心控制芯片CPU、步进电机驱动控制模块物理连接。
进一步的，还包括同步复位电路，同步复位电路与核心控制芯片CPU的PHPREST信号端直接连接。
进一步的，所述锁相环模块采用PLL200。
进一步的，所述高精度伺服驱动控制系统用芯片采用6BANK可配置供电方式。
进一步的，还包括低压差线性稳压器，低压差线性稳压器为无电容低压差线性稳压器，低压差线性稳压器与直流电源输入端连接。
进一步的，所述按键扫描模块与按键模块连接。
一种光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片控制伺服电机驱动运动机构对准的方法，具体按照以下步骤进行：
步骤1，由核心控制芯片CPU下发模糊伺服电机驱动命令，同时不断通过限位检测模块实时采集伺服电机在水平方向、垂直方向、前后方向的运动位置，并以此位置作为伺服电机所驱动的运动机构在水平方向、垂直方向、前后方向模糊运动的终止位置；
步骤2，利用二次元分析法和逐次逼近法，由核心控制芯片CPU通过串行通信总线模块下发伺服电机精细运动命令，依据限位检测模块实时采集伺服电机在水平方向、垂直方向、前后方向的运动位置和光纤运动成像机构的位移量计算下一步伺服电机在水平方向、垂直方向、前后方向的精确运动量；
步骤3，根据伺服电机在水平方向、垂直方向、前后方向的精确运动量按驱动电机50:1的减速比精确计算伺服电机的驱动运动量；
步骤4，核心控制芯片CPU根据伺服电机的驱动运动量向步进电机驱动控制模块发送运动数据命令；
步骤5，步进电机驱动控制模块把运动执行数据反馈至核心控制芯片CPU，即完成控制伺服电机驱动运动机构对准。
本发明的有益效果是：本发明高精度伺服驱动控制系统用芯片内部各模块均采用固定的硬件电路或硬件IP模块来实现，不需要软件编程控制；各模块均完成固定的功能，所有模块从输入信号到输出信号的时间是完全固定的，为高精度伺服驱动控制提供必要条件，不同于依赖核心控制芯片CPU通过软件编程方式实现伺服驱动控制，此方式的时间延时完全不可预测，只能实现模糊控制。
本发明的锁相环模块采用PLL200，为硬件IP模块，能够输出不超过5ppm高精度时钟作为芯片的时钟源，以保证伺服驱动控制系统的时钟参考基准；整个伺服驱动控制系统的任务均通过串行通信总线模块和串行通信命令处理模块来实现，核心控制芯片CPU不参与具体的控制，只参与整个串行通信总线模块和串行通信命令处理模块闭环控制的总体统筹任务，不但保证了高精度伺服驱动控制系统的实现，同时极大降低了核心控制芯片CPU的工作任务，降低了系统功耗，提高了系统的可靠性和实时控制性；电源管理模块根据内部集成模块的工作特性采用PowerGating的方式处理模块的时钟信号，即不工作模块的时钟信号被Gate信号切断，以达到降低高精度伺服驱动控制系统用芯片功耗的目的，包括半导体漏电流在内高精度伺服驱动控制系统用芯片的静态工作电流不超过10uA，上电稳定时间不超过1ms，工作电流在6个伺服驱动控制的情况下不超过80mA。
本发明高精度伺服驱动控制系统用芯片采用6BANK可配置供电方案，保证高精度伺服驱动控制系统用芯片12内部的电流和热耗均衡，极大提高了伺服驱动控制系统的可靠性和稳定性；高精度伺服驱动控制系统用芯片采用低Leakage SMIC标准的0.18um CMOS工业级工艺，极大降低了芯片功耗，同时保证芯片工作温度适应工业级-20～85℃要求。
本发明高精度伺服驱动控制系统用芯片与通用CPLD、FPGA或CPU通过编程逻辑实现的伺服驱动控制系统相比，不但成本上具有非常高的性价比，而且控制的实时性和控制精度上具有不可替代的先天优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明应用在光纤熔接机中的应用示意图。
图2是本发明的结构示意图。
图1中，1.图像传感器，2.铁电存储器，3.串行通讯接口，4.电源管理模块，5.液晶显示模块，6.数字模拟转化模块，7.放电控制模块，8.图像传感器时钟，9.按键模块，10.蜂鸣器，11.核心控制芯片CPU，12.高精度伺服驱动控制系统用芯片，13.第一电机驱动器，14.第二电机驱动器，15.第三电机驱动器，16.第四电机驱动器，17.第五电机驱动器，18.第六电机驱动器，19.电擦写存储器，20.上电复位模块，21.外部有源晶体，22.图像传感器时钟产生模块，23.锁相环模块，24.电擦写可编程存储器，25.低压差线性稳压器，26.限位检测模块，27.液晶背光控制模块，28.步进电机驱动控制模块，29.串行通信命令处理模块，30.分频器，31.串行通信总线模块，32.伺服电机，33.液晶背光控制模块，34.芯片直流供电模块，35.直流电源输入端，36.直流电源输出端，39.同步复位电路，40.按键扫描模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明在光纤熔接机中的应用，如图1所示，图像传感器1与核心控制芯片CPU11连接，核心控制芯片CPU11分别与铁电存储器2、串行通讯接口3、电源管理模块4、液晶显示模块5、电擦写存储器19、蜂鸣器10连接；核心控制芯片CPU11通过数字模拟转化模块6与放电控制模块7连接，核心控制芯片CPU11与高精度伺服驱动控制系统用芯片12连接，高精度伺服驱动控制系统用芯片12分别与图像传感器时钟8、第一电机驱动器13、第二电机驱动器14、第三电机驱动器15、第四电机驱动器16、第五电机驱动器17、第六电机驱动器18连接；光纤熔接机包括5个核心技术部分，高精度伺服驱动控制系统用芯片12是光纤熔接机的核心技术之一，具体的实施分为以下5个阶段：
第1阶段，原型设计和逻辑功能验证：完成本发明各功能模块及整体逻辑的原型设计及验证；提取NETLIST，原型设计，仿真及验证平台选择XILINX XC3S1500_FFT6678为平台进行；
第2阶段，硬件IP、工艺节点选择：基于SMIC 0.18um CMOS工艺来实施，此工艺采用硬件IP，包括上电复位模块20、锁相环模块23、电擦写可编程存储器24、5V/3.3V的低压差线性稳压器25、IO PAD，伺服电机驱动采用IO驱动模块来实现，要求驱动电流12mA，IO ESD和EMC依据选择的硬件IP及具体需求进行硬件电路设计。
第3阶段，后端Layout、DFT设计及数据上传：依据高精度伺服驱动控制系统用芯片12完成整体逻辑、ESD和EMC的Layout设计，芯片DFT设计，并完成MASK数据打包校验和上传。
第4阶段，晶圆测试和封装：测试Probe card的设计，晶圆DFT针对测试机台的测试向量设计和验证，封装选型，封装图纸设计，封装样品板级测试和验证。
第5阶段，批量生产和产品化。
高精度伺服驱动控制系统用芯片12的结构，如图2所示，高精度伺服驱动控制系统用芯片12包括上电复位模块20、锁相环模块23、电擦写可编程存储器24、按键扫描模块40、限位检测模块26、液晶背光控制模块27、步进电机驱动控制模块28和串行通信总线模块31，锁相环模块23包括外部有源晶体21和分频器30，外部有源晶体21用于提供稳定可靠工作基准时钟信号，锁相环模块23通过分频器30与图像传感器时钟产生模块22连接，图像传感器时钟产生模块22与图像传感器1连接；上电复位模块20在上电中给高精度伺服驱动控制系统用芯片12的所有模块提供全局逻辑复位信号，锁相环模块23在复位完成后为高精度伺服驱动控制系统用芯片12的所有模块提供工作逻辑、所需要的时钟信号，同时通过图像传感器时钟产生模块22输出时钟信号至图像传感器1。
串行通信总线模块31、串行通信命令处理模块29分别与核心控制芯片CPU11连接，串行通信命令处理模块29分别与串行通信总线模块31、按键扫描模块40、限位检测模块26连接，串行通信命令处理模块29通过液晶背光控制模块27与液晶背光控制模块33连接，串行通信命令处理模块29通过步进电机驱动控制模块28与6个伺服电机32连接，按键扫描模块40与按键模块9连接；在上述时钟信号的作用下，串行通信总线模块31和串行通信命令处理模块29接受核心控制芯片CPU11下发的控制命令，解析控制命令后，串行通信总线模块31和串行通信命令处理模块29通过步进电机驱动控制模块28和限位检测模块26实现控制伺服电机32驱动运动机构对准，对准精度高；同时串行通信总线模块31和串行通信命令处理模块29以中断的方式提供按键扫描模块40和限位检测模块26的数据于核心控制芯片CPU11，核心控制芯片CPU11通过反馈信号再次下发控制命令给串行通信总线模块31和串行通信命令处理模块29，以实现高精度伺服驱动控制系统功能的闭环控制逻辑；按键扫描模块40采用定时扫描按键阵列并以中断的形式提交扫描结果给串行通信总线模块31和串行通信命令处理模块29。
光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片控制伺服电机32驱动运动机构对准的方法，具体按照以下步骤进行：
步骤1，由核心控制芯片CPU11下发模糊伺服电机驱动命令，同时不断通过限位检测模块26实时采集伺服电机32在水平方向、垂直方向、前后方向的运动位置，并以此位置作为伺服电机32所驱动的运动机构在水平方向、垂直方向、前后方向模糊运动的终止位置；
步骤2，利用二次元分析法和逐次逼近法，由核心控制芯片CPU11通过串行通信总线模块31下发伺服电机精细运动命令，依据限位检测模块26实时采集伺服电机32在水平方向、垂直方向、前后方向的运动位置和光纤运动成像机构的位移量计算下一步伺服电机32在水平方向、垂直方向、前后方向的精确运动量；得到的精确运动量不超过0.125mm，也就是一个光纤纤芯的位移量，纯软件运动控制根本无法实现；
步骤3，根据伺服电机32在水平方向、垂直方向、前后方向的精确运动量按驱动电机50:1的减速比精确计算伺服电机32的驱动运动量；
步骤4，核心控制芯片CPU11根据伺服电机32的驱动运动量向步进电机驱动控制模块28发送运动数据命令；
步骤5，步进电机驱动控制模块28把运动执行数据反馈至核心控制芯片CPU11，即完成控制伺服电机32驱动运动机构对准。
电擦写可编程存储器24与高精度伺服驱动控制系统用芯片12的外部I2C物理引脚连接；电擦写可编程存储器24通过高精度伺服驱动控制系统用芯片12的外部I2C物理引脚实现读写功能，用于保存光纤熔接机核心技术参数；电擦写可编程存储器24的型号为SMIC_EEPROM32K_018，为硬件IP模块，用于存储熔接机工作所需的可配置技术参数，同时能够加密存储用户机密数据，如权限管理、安全管理等重要加密数据；电擦写可编程存储器24与串行通讯接口3连接，用于传输串口通信时钟信号和串口通信数据；串行通讯接口3与核心控制芯片CPU11连接，以实现与核心控制芯片11CPU的串行通信功能，使核心控制芯片CPU11实现对电擦写可编程存储器24内部数据读写功能；直流电源输入端35与低压差线性稳压器25连接，直流电源输出端36起到对低压差线性稳压器25输出的测试点的补偿作用，低压差线性稳压器25是无电容低压差线性稳压器；低压差线性稳压器25为高精度伺服驱动控制系统用芯片12的所有模块提供工作电压；高精度伺服驱动控制系统用芯片12还包括芯片直流供电模块34。
串行通信总线模块31与核心控制芯片CPU11连接，通过串口通信时钟信号、串口通信数据、串口通信片选信号的外部信号形式实现串行通信功能，以实现控制命令发送和控制状态传递双向通信功能。
同步复位电路39与核心控制芯片CPU11的PHPREST信号端直接连接，通过同步复位电路39实现核心控制芯片CPU11与高精度伺服驱动控制系统用芯片12的同步复位，能够极大保证系统稳定性和可靠性。
本发明的特点在于：
高精度伺服驱动控制系统用芯片12内部各模块均采用固定的硬件电路或硬件IP模块来实现，不需要软件编程控制；各模块均完成固定的功能，所有模块从输入信号到输出信号的时间是完全固定的，为高精度伺服驱动控制提供必要条件，主要是由于通过高精度伺服驱动控制系统用芯片12实现控制逻辑的延时完全可预测的，可实现真正意义上的高精度伺服驱动控制。
可配置的工作模式选择逻辑模块采用分布式逻辑分别与核心控制芯片CPU11、步进电机驱动控制模块28物理连接，使得本发明使用不同的产品应用，可配置的工作模式选择逻辑模块具体实现了本发明对2个伺服电机驱动控制，4个伺服电机驱动控制或6个伺服电机驱动控制的三种不同应用，通过核心控制芯片CPU11下发三种不同应用类型命令，可配置的工作模式选择逻辑模块能够通过芯片内部分布式逻辑确定当前的应用模式，并启动步进电机驱动模块28实现当前三种不同应用的驱动模式。可配置的工作模式选择逻辑模块完全由分布式硬件逻辑来实现，整体产品功能实现是由软件和本发明专利共同来实现，可配置的工作模式选择逻辑模块通过芯片外部预留的2个IO配置端口和核心控制芯片CPU11连接，可配置的工作模式选择逻辑模块通过芯片内部二线制(CS)选择逻辑与步进电机驱动控制模块物理连接。可配置的工作模式选择逻辑模块通过两条逻辑信号与高精度伺服驱动控制系统用芯片12连接，可配置出高精度伺服驱动控制系统用芯片12的4种工作模式，主要用于根据高精度伺服驱动控制系统用芯片12的外部引脚的电平逻辑来选择工作模式，包括伺服电机32的数量和伺服电机控制逻辑，伺服电机数量包括2个伺服电机、4个伺服电机或6个伺服电机等，伺服电机控制逻辑包括伺服电机是3线制控制逻辑或4线制控制逻辑；可配置的工作模式选择逻辑模块由高精度伺服驱动控制系统用芯片12外部引脚的逻辑电平检测，检测电平数据传送到核心控制芯片CPU11，核心控制芯片CPU11进行数据逻辑运算，步进电机驱动控制模块28驱动信号逻辑调节四部分组成；通过检测高精度伺服驱动控制系统用芯片12外部两个引脚逻辑电平信号，分别为00,01,10,11而构成四种组合，每种组合通过核心控制芯片CPU11给步进电机驱动控制模块28下发四种不同工作命令，工作命令分别为0XA0，0XA1，0XA2，0XA3，步进电机驱动控制模块28收到这四种命令后通过步进电机驱动控制模块28内部集成工作模式实现高精度伺服驱动控制系统用芯片12的外部引脚的配置支持3线制和4线制伺服电机产生的驱动控制数字信号，同时也支持2个伺服电机、4个伺服电机和6个伺服电机产生的高精度驱动信号。
除低压差线性稳压器25(LDO)外，其它模块的工作时钟均由锁相环模块23经过硬件逻辑分频电路后提供，锁相环模块23采用PLL200，为硬件IP模块，能够输出不超过5ppm高精度时钟作为芯片的时钟源，以保证伺服驱动控制系统的时钟参考基准。
IO驱动模块作为本发明所使用的标准IO单元，库单元中直接集成了IO驱动模块，IO驱动模块的型号为：DPAD_CUP，IO驱动模块依据伺服电机的型号提供可配置的IO驱动电流，以满足不同伺服电机32所需要驱动电流的要求，能适应3线制伺服电机、4线制伺服电机不同驱动控制电流的需求，具有很高的灵活性和兼容性。
本发明芯片所采用的电源管理模块是一种电源管理在本发明专利上的设计方法，具体的实现为根据高精度伺服驱动控制系统用芯片12内部各逻辑单元的工作状态的要求提供智能的工作电压，为高精度伺服驱动控制系统用芯片12提供整体电源管理；电源管理模块属于逻辑模块，根据内部集成模块的工作特性采用电源逻辑门控制的方式处理模块的时钟信号，即不工作模块的时钟信号被逻辑门信号切断，以达到降低高精度伺服驱动控制系统用芯片功耗的目的，包括半导体漏电流在内高精度伺服驱动控制系统用芯片的静态工作电流不超过10uA，上电稳定时间不超过1ms，工作电流在6个伺服驱动控制的情况下不超过80mA。
本发明中逻辑测试模块为非独立模块，而是嵌入到本发明的各独立模块中测试用逻辑单元，采用DFT设计方式来实现，通过输入芯片外部专用测试引脚输入测试激励，经过各逻辑单元响应后返回值确认所涉及各独立模块逻辑、时序的正确性及可测试性。逻辑测试模块，用于高精度伺服驱动控制系统用芯片12内部逻辑功能验证，采用DFT设计思路，测试硬逻辑，极大提高了芯片批量生产和封装效率，以满足高精度伺服驱动控制系统用芯片12批量规模化生产。
ESD、EMC模块采用标准IO库集成ESD和EMC模块功能，标准IO库模块详细说明详见IO驱动模块；ESD和EMC模块采用IO ESD和EMC硬件电路，同时Layout设计严格执行ESD和EMC行业要求，保证高精度伺服驱动控制系统用芯片12具备工业级ESD和EMC特性，符合国标要求。
串行通信总线模块31和串行通信命令处理模块29均属于硬连线逻辑，命令解析和伺服电机驱动控制算法均由硬连线硬件逻辑来实现，具有实时响应性，能异步接受核心控制芯片CPU11下发的控制命令，同时能以中断方式发送实时反馈信号于核心控制芯片CPU11，实时反馈信号包括按键扫描信号、限位检测信号和伺服电机驱动控制信号，整个伺服驱动控制系统任务均通过串行通信总线模块31和串行通信命令处理模块29来实现，核心控制芯片CPU11不参与具体的控制，只参与整个串行通信总线模块31和串行通信命令处理模块29闭环控制的总体统筹任务，不但保证了高精度伺服驱动控制系统实现，同时极大降低了核心控制芯片CPU11的工作任务，降低了系统功耗，提高了系统的可靠性和实时控制性。
高精度伺服驱动控制系统用芯片12采用6BANK可配置供电方式，保证高精度伺服驱动控制系统用芯片12内部的电流和热耗均衡，极大提高了伺服驱动控制系统的可靠性和稳定性；高精度伺服驱动控制系统用芯片12采用低Leakage SMIC标准的0.18um CMOS工业级工艺，极大降低了芯片功耗，同时保证芯片工作温度适应工业级-20～85℃要求。高精度伺服驱动控制系统用芯片12与通用CPLD、FPGA或CPU通过编程逻辑实现的伺服驱动控制系统相比，不但具有非常高的性价比，而且控制的实时性和控制精度上具有不可替代的先天优势；高精度伺服驱动控制系统用芯片12具有上述特点，完全可以实现光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统，保证光纤熔接机高质量的光纤接续和维护工作。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片，其特征在于，锁相环模块(23)通过分频器(30)与图像传感器时钟产生模块(22)连接，图像传感器时钟产生模块(22)通过图像传感器时钟(8)与图像传感器(1)连接；电擦写可编程存储器(24)与串行通讯接口(3)连接，串行通讯接口(3)与核心控制芯片CPU(11)连接；串行通信总线模块(31)、串行通信命令处理模块(29)分别与核心控制芯片CPU(11)连接，串行通信命令处理模块(29)分别与串行通信总线模块(31)、按键扫描模块(40)、限位检测模块(26)连接，串行通信命令处理模块(29)通过液晶背光控制模块(27)与液晶背光控制模块(33)连接，串行通信命令处理模块(29)通过步进电机驱动控制模块(28)与6个伺服电机(32)连接；所述光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片还包括上电复位模块(20)，上电复位模块(20)在上电中为高精度伺服驱动控制系统用芯片的所有模块提供全局逻辑复位信号。
2.根据权利要求1所述的一种光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片，其特征在于，所述电擦写可编程存储器(24)的型号为SMIC_EEPROM32K_018。
3.根据权利要求2所述的一种光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片，其特征在于，所述电擦写可编程存储器(24)与高精度伺服驱动控制系统用芯片(12)的外部I2C物理引脚连接。
4.根据权利要求1所述的一种光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片，其特征在于，还包括可配置的工作模式选择模块，用于实现不同模式的伺服电机(32)的驱动控制，可配置的工作模式选择逻辑模块采用分布式逻辑分别与核心控制芯片CPU(11)、步进电机驱动控制模块(28)物理连接。
5.根据权利要求1所述的一种光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片，其特征在于，还包括同步复位电路(39)，同步复位电路(39)与核心控制芯片CPU(11)的PHPREST信号端直接连接。
6.根据权利要求1所述的一种光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片，其特征在于，所述锁相环模块(23)采用PLL200。
7.根据权利要求1所述的一种光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片，其特征在于，所述高精度伺服驱动控制系统用芯片(12)采用6BANK可配置供电方式。
8.根据权利要求1所述的一种光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片，其特征在于，还包括低压差线性稳压器(25)，低压差线性稳压器(25)为无电容低压差线性稳压器，低压差线性稳压器(25)与直流电源输入端(35)连接。
9.根据权利要求1所述的一种光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片，其特征在于，所述按键扫描模块(40)与按键模块(9)连接。
10.如权利要求1所述的一种光纤熔接机高精度伺服驱动控制系统用芯片控制伺服电机驱动运动机构对准的方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：
步骤1，由核心控制芯片CPU(11)下发模糊伺服电机驱动命令，同时不断通过限位检测模块(26)实时采集伺服电机(32)在水平方向、垂直方向、前后方向的运动位置，并以此位置作为伺服电机(32)所驱动的运动机构在水平方向、垂直方向、前后方向模糊运动的终止位置；
步骤2，利用二次元分析法和逐次逼近法，由核心控制芯片CPU(11)通过串行通信总线模块(31)下发伺服电机精细运动命令，依据限位检测模块(26)实时采集伺服电机(32)在水平方向、垂直方向、前后方向的运动位置和光纤运动成像机构的位移量计算下一步伺服电机(32)在水平方向、垂直方向、前后方向的精确运动量；
步骤3，根据伺服电机(32)在水平方向、垂直方向、前后方向的精确运动量按驱动电机50:1的减速比精确计算伺服电机(32)的驱动运动量；
步骤4，核心控制芯片CPU(11)根据伺服电机(32)的驱动运动量向步进电机驱动控制模块(28)发送运动数据命令；
步骤5，步进电机驱动控制模块(28)把运动执行数据反馈至核心控制芯片CPU(11)，即完成控制伺服电机(32)驱动运动机构对准。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109445029A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-03-08 | 中电科仪器仪表(安徽)有限公司 | 一种大芯径光纤高能放电熔接装置和方法 |
| CN110018655A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-07-16 | 天津艾洛克通讯设备科技有限公司 | 一种光弧机控制系统 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060100723A1 (en) * | 2004-10-29 | 2006-05-11 | Dynacity Technology (Hk) Limited | Modular multi-axis motion control and driving system and method thereof |
| CN101251624A (zh) * | 2008-03-22 | 2008-08-27 | 燕山大学 | 光子晶体光纤熔接三维对准装置及其方法 |
| CN201373926Y (zh) * | 2009-03-16 | 2009-12-30 | 南京迪威普光电技术有限公司 | 光纤熔接机顶杆微动调整机构 |
| CN101701802A (zh) * | 2009-11-23 | 2010-05-05 | 浙江大学 | T型导轨轮廓误差多尺度自动检测系统与方法 |
| CN103645542A (zh) * | 2013-12-11 | 2014-03-19 | 中国科学院半导体研究所 | 基于pc的光纤端帽熔接控制装置 |
| CN104767443A (zh) * | 2015-01-21 | 2015-07-08 | 田苍 | 伺服电机控制系统 |
| CN105372760A (zh) * | 2015-11-19 | 2016-03-02 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种基于继电器的光开关器件自动耦合及紫外固化系统 |
-
2017
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060100723A1 (en) * | 2004-10-29 | 2006-05-11 | Dynacity Technology (Hk) Limited | Modular multi-axis motion control and driving system and method thereof |
| CN101251624A (zh) * | 2008-03-22 | 2008-08-27 | 燕山大学 | 光子晶体光纤熔接三维对准装置及其方法 |
| CN201373926Y (zh) * | 2009-03-16 | 2009-12-30 | 南京迪威普光电技术有限公司 | 光纤熔接机顶杆微动调整机构 |
| CN101701802A (zh) * | 2009-11-23 | 2010-05-05 | 浙江大学 | T型导轨轮廓误差多尺度自动检测系统与方法 |
| CN103645542A (zh) * | 2013-12-11 | 2014-03-19 | 中国科学院半导体研究所 | 基于pc的光纤端帽熔接控制装置 |
| CN104767443A (zh) * | 2015-01-21 | 2015-07-08 | 田苍 | 伺服电机控制系统 |
| CN105372760A (zh) * | 2015-11-19 | 2016-03-02 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种基于继电器的光开关器件自动耦合及紫外固化系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 祁麟，任有志，李嘉佳: "口罩耳带熔接机PLC控制系统的开发", 《河北省科学院学报》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109445029A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-03-08 | 中电科仪器仪表(安徽)有限公司 | 一种大芯径光纤高能放电熔接装置和方法 |
| CN109445029B (zh) * | 2018-12-13 | 2020-06-09 | 中电科仪器仪表(安徽)有限公司 | 一种大芯径光纤高能放电熔接装置和方法 |
| CN110018655A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-07-16 | 天津艾洛克通讯设备科技有限公司 | 一种光弧机控制系统 |
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