運動控制卡-固高卡硬件

2024年1月4日發(作者：山的古詩)

固高科技（深圳）有限公司

GOOGOL TECHNOLOGY (SHENZHEN) LTD

第三章 GT-400-SG運動控制器硬件結構及接線

3.1 系統硬件

GT-400-SG運動控制器提供了2個外部接口與外部設備進行信息交換。同時，運動控制器上有4組跳線（或開關）選擇控制器與主機通訊的接口地址、中斷矢量號和控制器的工作模式。表3.1為上述接口與跳線的定義。

為了防止靜電損害運動控制器，請在接觸控制器電路或插/拔控制器之前觸摸有效接地金屬物體（如：計算機金屬外殼）以泄放身體所攜帶的靜電荷。

表3.1 GT-400-SG 接口定義

定義

CN1

CN2

CN4

CN3

CN5

JP1

JP2

JP3

JP4

功能

GT-400-SG 驅動控制接口

GT-400-SG 外部I/O 接口

調試接口（非用戶使用接口）

調試接口（非用戶使用接口）

電源輸入（對于PC104）

GT-400-SG 基地址開關（對于ISA/PC104總線）

GT-400-SG 中斷矢量號跳線器（對于ISA/PC104總線）

看門狗跳線器

調試用（非用戶跳線器）

3.1.1 GT-400-SG主機通訊接口基地址

JP1 為GT-400-SG的基地址開關，開關定義如表3.2所示，控制器出廠默認基地址為0x300（16進制）。運動控制器從該地址起連續占用14個主機I/O地址，實現與主機的通訊。用戶在安裝GT-400-SG運動控制器之前，請檢查主機地址占用情況以免地址發生沖突，影響系統工作。表3.3為GT-400-SG運動控制器的基地址跳線選擇表。表3.4提供了PC機已占用的I/O地址，供設置GT-400-SG的基地址時參考。

CN4

CN2

CN3

JP3

JP4

CN5

CN1

1

ADSP21xx

FPGA

JP1

JP2

圖3.1 GT-400-SG 運動控制器接口與跳線器位置示意圖

3-1

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表3.2 JP1基地址開關默認定義

地址編號

A４

A５

A６

A７

A８

A９

定義

ON

ON

ON

ON

OFF

OFF

ON

OFF

表3.3 GT-400-SG運動控制器基地址開關選擇表

Ａ９ Ａ８ Ａ７ Ａ６ Ａ５

基地址（hex）

0x100 ON OFF ON ON ON

0x120 ON OFF ON ON OFF

0x140 ON OFF ON OFF ON

0x160 ON OFF ON OFF OFF

0x180 ON OFF OFF ON ON

0x1a0 ON OFF OFF ON OFF

0x1c0 ON OFF OFF OFF

ＯＮ

0x1e0 ON OFF OFF OFF OFF

0x200 OFF ON ON ON ON

0x220 OFF ON ON ON OFF

0x240 OFF ON ON OFF ON

0x260 OFF ON ON OFF OFF

0x280 OFF ON OFF ON ON

0x2a0 OFF ON OFF ON OFF

0x2c0 OFF ON OFF OFF

ＯＮ

0x2e0 OFF ON OFF OFF OFF

OFF OFF ON ON ON

0x300(默認)

0x320 OFF OFF ON ON OFF

0x340 OFF OFF ON OFF ON

0x360 OFF OFF ON OFF OFF

0x380 OFF OFF OFF ON ON

0x3a0 OFF OFF OFF ON OFF

0x3c0 OFF OFF OFF OFF ON

0x3e0 OFF OFF OFF OFF OFF

表3.4 PC機已占用地址表

ISA總線地址分配

000～01F

020～03F

040～05F

060～06F

070～07F

080～09F

0A0～0BF

0C0～0DF

0F0～0FF

1F0～1F8

200～20F

210～217

功能

DMA控制器1

中斷控制器1

定時器

鍵盤

實時時鐘NMI

DMA頁寄存器

中斷控制器2

DMA控制器2

數學協處理器

硬盤驅動器

游戲口

擴展單元

3-2

Ａ４

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

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278～27F

2B0～2DF

2F8～2FF

300～31F

360～36F

378～37F

380～38F

390～393

3A0～3A9

3B0～3BF

3C0～3CF

3D0～3DF

3F0～3F7

3F8～3FF

X2E1

X390～X393

并行口2

可選擇EGA

異步通信口2

原型卡

PC網絡卡

并行口1

SDLC通信口2

保留

SDLC通信口1

IBM單顯

EGA

彩顯/圖顯

軟盤驅動器

異步通信口2

GPIB適配器

異步通信口1

3.1.2主機中斷矢量

運動控制器提供時間中斷和事件中斷信號，供主機使用。JP2 為GT-400-SG運動控制器中斷矢量跳線器。跳線器的跳針定義如表3.5所示。GT-400-SG設置的默認中斷矢量號為IRQ10。

表3.5 主機中斷矢量跳線定義

2

10

1 9

跳針

1

3

5

7

9

功能

IRQ15

IRQ14

IRQ12

IRQ11

IRQ10

跳針

2

4

6

8

10

功能

中斷請求

中斷請求

中斷請求

中斷請求

中斷請求

3.1.3 其它跳線定義

運動控制器提供看門狗實時監視其工作狀態。JP3 為看門狗跳線選擇器。用戶通過跳線設置使看門狗有效后，當控制器死機時，看門狗在延時一段時間后自動使控制器復位。默認設置時，看門狗無效。

看門狗有效：

1 2 3

關閉看門狗(默認)：

1 2 3

JP4為控制器調試跳線選擇器，出廠時已設定，用戶不得更改跳線。

JP4(默認):

1 2 3

3-3

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3.2 GT-400-SG 運動控制器接口

GT-400-SG運動控制器需與接口端子板等附件配套使用，圖3.2是它與這些附件的連接圖。先將GT-400-SG的CN2接口用隨板配備的扁平電纜與轉接擋板相連接。將GT-400-SG插入計算機內的空ISA插槽內，并固定在計算機機箱上。將轉接擋板固定在機箱上的合適位置。GT-400-SG的CN1接口通過隨板配備的屏蔽電纜直接與接口端子板上的CN1接口相連接。轉接擋板的CN2接口通過隨板配備的屏蔽電纜，連接到接口端子板上的CN2接口。GT-400-SG的所有控制信號，都是經過接口端子板與控制對象連接的。下面將分別對GT-400-SG及接口端子板上的連接器和接線端子加以介紹。

圖3.2 運動控制器與接口端子板連接示意圖

3.2.1 GT-400-SG控制接口CN1

CN1為GT-400-SG運動控制器的驅動控制接口。該接口連接電機驅動器。表3.6為GT-400-SG控制接口定義。

GT-400-SG的CN1與接口端子板的CN1定義相同，CN1接口主要用于電機的控制。用戶在使用運動控制器之前，須了解運動控制器的接口信號和電機驅動器的接口定義，妥善連線并避免帶電插拔接口。否則，信號連接錯誤或帶電操作可能導致系統正反饋或硬件損壞使系統不能正常工作。

表3.6 GT-400-SG控制接口CN１定義

引信號 說明 引信號 說明 引腳 腳 腳

1

22

43

2

23

44

3

24

PULSE0+

1軸脈沖輸出

45

1軸方向信號輸出

25

DIR0-

1軸方向信號輸出

46 4

DIR0+

5

26

47

6

27

48

7

PULSE1+

2軸脈沖輸出

28

PULSE1-

2軸脈沖輸出

49

2軸方向信號輸出

29

8

DIR1-

50

3-4

信號

PULSE0-

DIR1+

說明

1軸脈沖輸出

2軸方向信號輸出

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9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

PULSE2-

DIR3+

A4-

C4+

A5-

AD_CLK

AD_RF

GND

3軸脈沖輸出

4軸方向信號輸出

輔助編碼器1輸入

輔助編碼器1輸入

輔助編碼器2輸入

同步串行時鐘

同步信號

數字地

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

DIR2+

DIR3-

B4+

C4-

B5+

AD_TX

N/A

+5V

3軸方向信號輸出

4軸方向信號輸出

輔助編碼器1輸入

輔助編碼器1輸入

輔助編碼器2輸入

同步串行發送

保留

電源輸出

PULSE3+

4軸脈沖輸出

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

DIR2-

PULSE3-

A4+

B4-

A5+

B5-

AD_RX

GND

3軸方向信號輸出

4軸脈沖輸出

輔助編碼器1輸入

輔助編碼器1輸入

輔助編碼器2輸入

輔助編碼器2輸入

同步串行接收

數字地

PULSE2+

3軸脈沖輸出

3.2.2 GT-400-SG控制接口CN2

CN2為GT-400-SG輸入/輸出接口。該接口用于限位開關、Home信號輸入、電機驅動器報警清除、驅動使能、報警信號輸入和通用輸入/輸出以及RS-232。表3.7是接口端子板和轉接擋板的CN2接口定義（注意：GT-400-SG上的CN2引腳定義不同）。

表3.7引信號 說明 引腳 腳

1

ENABLE0

1軸驅動允許

22

2

ENABLE3

4軸驅動允許

23

3軸驅動報警清除

24 3

RESET2

2軸驅動報警

4

ALM1

25

1軸原點輸入

5

HOME0

26

4軸原點輸入

6

HOME3

27

7

LIMIT1+

2軸正向限位

28

3軸負向限位

8

LIMIT2-

29

通用數字量輸入

9

EXI0

30

通用數字量輸入

10

EXI3

31

通用數字量輸入

11

EXI6

32

通用數字量輸入

12

EXI9

33

通用數字量輸入

13

EXI12

34

通用數字量輸入

14

EXI15

35

通用數字量輸出

15

EXO2

36

通用數字量輸出

16

EXO5

37

通用數字量輸出

17

EXO8

38

通用數字量輸出

18

EXO11

39

通用數字量輸出

19

EXO14

40

RS-232輸入

20

RX

41

RS-232輸出

21

TX

42

為GT-400-SG CN2定義

信號 說明 引腳

ENABLE1

2軸驅動允許

43

RESET0

1軸驅動報警清除

44

RESET3

4軸驅動報警清除

45

ALM2

3軸驅動報警

46

HOME1

2軸原點輸入

47

LIMIT0+

1軸正向限位

48

LIMIT1-

2軸負向限位

49

LIMIT3+

4軸正向限位

50

EXI1

通用數字量輸入

51

EXI4

通用數字量輸入

52

EXI7

通用數字量輸入

53

EXI10

通用數字量輸入

54

EXI13

通用數字量輸入

55

EXO0

通用數字量輸出

56

EXO3

通用數字量輸出

57

EXO6

通用數字量輸出

58

EXO9

通用數字量輸出

59

EXO12

通用數字量輸出

60

EXO15

通用數字量輸出

61

GND

數字地

62

+5V

電源輸出

信號 說明

ENABLE2

3軸驅動允許

RESET1

ALM0

ALM3

HOME2

LIMIT0-

LIMIT2+

LIMIT3-

EXI2

EXI5

EXI8

EXI11

EXI14

EXO1

EXO4

EXO7

EXO10

EXO13

GND

+5V

2軸驅動報警清除

1軸驅動報警

4軸驅動報警

3軸原點輸入

1軸負向限位

3軸正向限位

4軸負向限位

通用數字量輸入

通用數字量輸入

通用數字量輸入

通用數字量輸入

通用數字量輸入

通用數字量輸出

通用數字量輸出

通用數字量輸出

通用數字量輸出

通用數字量輸出

數字地

電源輸出

3.2.3 接口端子板控制接口CN3

CN3接外部電源，以保證CN2各引腳正常工作。板上標有+12V～+24V的端子接+12V～+24V，標有OGND的接外部電源地，至于使用的外部電源的具體的電壓值，取決外部的傳感器和執行機構的供電要求，使用時應根據實際要求選擇電源。

3-5

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3.2.4 接口端子板控制接口CN4

CN4用于串行通訊的信號連接。

引腳

1

2

3

4

5

信號

RX

TX

GND

表3.8端子板 CN4定義

說明 引腳 信號

RS-232接收

RS-232發送

數字地

6

7

8

9

說明

3.2.5 端子板控制接口CN5，CN6，CN7，CN8

CN5、CN6、CN7、CN8使用時與電機驅動器相連，CN5對應1軸，CN6對應2軸，CN7對應3軸，CN8對應4軸。以CN5為例，表3.9提供了各引腳的定義。CN6、CN7、CN8的定義與CN5完全相同。

外部電源地指+12V～+24V地。

在脈沖控制信號輸出的方式下，有兩種工作模式。一種是脈沖、方向信號模式，此時，引腳23、11輸出差動的脈沖控制信號，引腳9、22輸出差動的運動方向信號。另一種工作模式是正反脈沖模式，此時，引腳9、22輸出差動的正轉脈沖控制信號，引腳23、11輸出差動的反轉脈沖控制信號。如果驅動器需要的信號不是差動信號，將相應信號接于上述差動信號輸出的正信號端（即引腳9、23）。輸出波形見表3.10。

表3.9 端子板CN5定義

引腳 信號 說明 引腳 信號

1 OGND 外部電源地 14 OVCC

2 ALM0 驅動報警 15 RESET0

3 ENABLE0 驅動允許 16

4 17

5 18

6 19

7 +5V 電源輸出 20 GND

8 21 GND

9 DIR0+ 步進方向輸出 22 DIR0-

10 GND 數字地 23 PULSE0+

11 PULSE0- 步進脈沖輸出 24 GND

12 25

13 GND 數字地

表3.10步進輸出波形

說明

+12V/+24V輸出

驅動報警清除

數字地

數字地

步進方向輸出

步進脈沖輸出

數字地

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有的步進電機驅動器沒有驅動允許、驅動報警和驅動報警清除信號線時，則可以不接。

3.2.6 接口端子板控制接口CN9，CN10

CN9、CN10對應于兩個輔助編碼器輸入接口(可選)，用戶若需要該功能，在定購時特別申明。其引腳定義見表3.11、表3.12。

表3.11 端子板 CN9定義

引腳

1

2

3

4

5

信號

A4+

B4+

C4+

+5V

說明

編碼器輸入

編碼器輸入

編碼器輸入

電源輸出

引腳

6

7

8

9

信號

A4-

B4-

C4-

GND

說明

編碼器輸入

編碼器輸入

編碼器輸入

數字地

引腳

1

2

3

4

5

信號

A5+

B5+

+5V

表3.12 端子板 CN10定義

說明 引腳 信號

編碼器輸入 6 A5-

編碼器輸入 7 B5-

8

9 GND

電源輸出

說明

編碼器輸入

編碼器輸入

數字地

3.2.7 接口端子板控制接口CN11

GT-400-SG為用戶提供了8路模擬輸入通道（可選），用戶若需要該功能，在定購時特別申明。

引腳

1

2

3

4

5

6

7

8

信號

AIN0

AIN1

AIN2

AIN3

AIN4

AIN5

AIN6

AIN7

表3.13 端子板 CN11定義

說明 引腳 信號

模擬輸入 9 AGND

模擬輸入 10 AGND

模擬輸入 11 AGND

模擬輸入 12 AGND

模擬輸入 13 AGND

模擬輸入 14 AGND

模擬輸入 15 AGND

模擬輸入

說明

模擬地

模擬地

模擬地

模擬地

模擬地

模擬地

模擬地

3.2.8 端子板控制接口CN12,CN13,CN14

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CN12、CN13、CN14用作專用及通用數字量輸入/輸出。引腳定義見表3.14—表3.16。引腳EXI0除作輸入外，還可用作PC機的外部中斷及一號輔助編碼器信號鎖存（可選）。另外，通用輸出的供電可以從CN12或CN13上引出。

表3.14端子板CN12引腳定義

引腳

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

信號

HOME0

HOME1

HOME2

HOME3

LIMIT0+

LIMIT0-

LIMIT1+

LIMIT1-

LIMIT2+

LIMIT2-

LIMIT3+

LIMIT3-

EXI0

EXI1

OGND

OVCC

說明

1軸原點輸入

2軸原點輸入

3軸原點輸入

4軸原點輸入

1軸正向限位

1軸負向限位

2軸正向限位

2軸負向限位

3軸正向限位

3軸負向限位

4軸正向限位

4軸負向限位

通用輸入

通用輸入

外部電源地

+12V/+24V輸出

表3.15 端子板CN13引腳定義

引腳 信號 說明

EXI2

1 通用輸入

EXI3

2 通用輸入

EXI4

3 通用輸入

EXI5

4 通用輸入

EXI6

5 通用輸入

EXI7

6 通用輸入

EXI8

7 通用輸入

EXI9

8 通用輸入

EXI10

通用輸入 9

EXI11

通用輸入 10

EXI12

通用輸入 11

EXI13

通用輸入 12

EXI14

通用輸入 13

EXI15

通用輸入 14

OGND

外部電源地 15

OVCC

+12V/+24V輸出 16

表3.16 端子板CN14引腳定義

引腳 信號 說明

EXO0

1 通用輸出

EXO1

通用輸出 2

EXO2

通用輸出 3

EXO3

通用輸出 4

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5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

EXO4

EXO5

EXO6

EXO7

EXO8

EXO9

EXO10

EXO11

EXO12

EXO13

EXO14

EXO15

通用輸出

通用輸出

通用輸出

通用輸出

通用輸出

通用輸出

通用輸出

通用輸出

通用輸出

通用輸出

通用輸出

通用輸出

3.3 GT-400-SG 運動控制器連接方法

3.3.1 電機驅動器及專用輸入連接方法

一般的步進電機驅動器與運動控制器連接，包括三個部分：脈沖輸出、專用輸出、專用輸入。運動控制器的任何控制軸，都可以根據用戶的要求設置成脈沖控制信號輸出的形式，用來控制步進電機或脈沖方式控制的伺服電機。脈沖輸出、專用輸出通過端子板CN5、CN6、CN7、CN8 與電機驅動器連接，連接方法見圖3.3—圖3.4。

圖3.3 脈沖控制輸出信號連接圖

3-9

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圖3.4 專用輸出信號連接圖

專用輸入通過端子板CN5、CN6、CN7、CN8、CN12與電機驅動器及外部開關相連，連接方法見圖3.5。驅動器報警輸入信號為常閉狀態，（用戶不用時，請將該輸入對地短接）。根據安全標準，系統的限位開關須接成常閉狀態。當工作臺的運動超過其物理有效行程將使限位開關打開。限位開關輸入信號的有效電平可以通過主機命令進行選擇。原點開關為常開狀態。

圖3.5 專用輸入信號連接圖

3.3.2 通用數字量輸入/輸出連接方法

通用數字量輸出由端子板CN14輸出，連接方法見圖3.6。當輸出接感性負載時，應考慮反電勢的泄放。通用數字量輸入由端子板CN13、CN12輸入，連接方法見圖3.7。

3-10

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圖3.6 通用輸出信號連接圖

圖3.7 通用輸入信號連接圖

3.3.3 RS-232連接方法

運動控制器提供串行通訊方式與主機交換信息的方法，通訊通過接口端子板CN4實現。連接方法見圖3.9。

3-11

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圖3.9 串行通訊連接圖

3.3.4 模擬輸入連接方法

運動控制器提供可選的模擬輸入信號，通過端子板CN11實現。連接方法見圖3.10。

圖3.10 模擬輸入信號連接圖

3.4 GT-400-SG運動控制器安裝注意事項

?

?

?

?

?

?

?

3-12

檢查GT-400-SG運動控制器外觀是否有損壞；

設定合理的基地址；

關閉計算機電源，打開機蓋；

在計算機空閑的ISA總線插槽中插入GT-400-SG運動控制器；

用螺釘鎖緊GT-400-SG運動控制器及轉接擋板；

連接好兩根62線的電纜及其他電氣連線；

合上計算機機蓋，開機測試。