作者：郑州大学物理工程学院 吕英杰

摘要：HCTL-1100 是美国Agilent 公司生产的高性能通用运动控制系列芯片。利用
它可以与主处理器、放大器、电机和增量式编码器构成一个完整的运动控制系统。
因此HCTL-1100 可广泛应用于打印机、医疗器械、原材料加工和各种自动化控制
领域。文中介绍了HCTL-1100 芯片的结构、原理及应用。

1。 HCTL-1100 的特性
        HCTL-1100 是美国Agilent 公司生产的高性能通用运动控制系列芯片，它内部集成了数字滤波器、换向器等可编程器件，因而可以使系统使用最少的元件来实现运行控制，这样不仅减轻了上位主机的控制负担，同时还具有很大的灵活性。HCTL-1100 的主要特点如下：

2 。TCTL-1100 的引脚功能
        TCTL-1100 具有40-PDIP 和44-PLCC 两种封装形式：图1 和图2 分别为这两种封装形式的脚排列图。

        HCTL-1100 运动控制芯片各主要引脚的功能说明如下：
        ●同步引脚（SYNC）
        该引脚只在INIT/IDLE 模式下有效。可用来同步两个或多个芯片。将多个芯片的SYNC 端连在一起来接收上位机的命令可实现同步控制。
        ●限位引脚（LIMIT）
        用于输入紧急限位标志，低电平有效。当该脚有效时，器件将进入INIT/IDLE 模式，清除电机额定值并切断电机电源，同时清除三个控制模式标志。当由INIT/IDLE 模式重新进入控制模式后，这些标志可自动恢复原值。不用时应将该脚连到VDD，否则会引起触发而使系统进入错误的紧急状态。
        ●停止引脚（STOP）
        该停止标志仅适用于积分速率模式，低电平有效。有效时，系统将会减速直到停止，同时将保持零速度状态直到该位变高和新的速度命令被接收为止。不用时也应将该端连到VDD。
        ●编码器输入引脚（CHA，CHB，INDEX）
        这三个引脚可用于接收增量式编码器的TTL，电平输出。共中通道A 和B 所接收的信号将被编码成24 位位置计数器信号并从换向器输出。
        ●电机额定值端口（MC0-MC7）
        八位电机额定值端口由寄存器R08H 组成，该寄存器的数据将直接传到外部引脚MC0-MC7。其中MC7 是最高有效位，R08H 可读可写，写入时通常为INIT/IDLE 状态。
        ●脉宽调制（PWM）输出端口（PLUSE，SIGN）PWM 端口由PULSE和SIGN 引脚组成。该端口输出的电机额定值为带有正负极性的脉宽调制信号。
        ●梯度式引脚（PROF）该引脚与内部状态寄存器的软件标志位4 位连，也可由标志寄存器（R00H）的位0 表示。当引脚和标志位为高时，表明系统正处于梯度式移动状态。移动结束后，控制器将对该标志位清零。应当注意：标志位清零的那一刻并不表明电机已停止工作。因此，它只是命令描述的完成而不是实际操作的完成。如果电机在移动中发生延迟而能跟上命令所要求的物理移动，则标志位将在移动完成前被清零。
        ●初始化/空闲引脚（INIT）
        该引脚的状态用于表明HCTL-1100 正处于初始化/空闲状态，它应与内部状态寄存器的位5 相连，也可由标志寄存器（R00H）的位1 表示。
        ●换向器引脚（PHA～PHD）
        这些引脚用于驱动无刷或步进电机。使用时可以对这四个引脚进行编程，以用于驱动多相电机的每个线圈。

3 。工作原理
        HCTL-1100 可通过8 位双向地址数据复用端口与主机相连，以接收运动控制命令并控制电机带动目标系统运动，同时从增量式编码器的积分输出端接收位置（或速度）反馈信息。将该信息与预置的额定值进行比较，并将矫正后的值输出给控制电机便可以带动目标系统的运动。 图3 为其运动控制原理框图， 图4 所示为HCTL-1100 的内部结构框图。

4。 HCTL-1100 的寄存器
        HCTL-1100 的工作过程由内部的64 个八位寄存器控制。其中35 个寄存器用于进行初始化或命令字的写入等操作。剩余的29 个作为临时寄存器，但这些寄存器不能直接使用。可用的35 个寄存器可分为一般控制、输出、滤波器和换向器四类。一般控制寄存器又包括标志寄存器（R00H）、可编程计数器（R05H）、状态寄存器（R07H）、采样定时寄存器（R0FH）、读实际位置和预置实际位置寄存器等。而输出寄存器（包括禁止极性转换，8 位电机额定值和脉宽调制额定值输出）则包括电机额定值寄存器（R08H）和脉宽调制额定值寄存器（R09H）两种。

5 。工作流程
        HCTL-1100 有三种设置路径和四种控制模式可供用户选择。三种路径包括复位、初始化/空岁和排列对齐。四种控制模式分别为：位置控制、比例速率控制、梯形速度控制和积分速度控制。图5 给出了如何用命令来设置路径和切换控制模式的流程图。

6。 具体应用
        用HCTL-1100 与主机（以8051 为例）接口时，可通过8051 的I/O 端口P1.0～P2.3 来控制HCTL-1100 的读/写、输出使能、片选、地址锁存和复位等控制引脚。其部分软件程序如下：
        RD1100：SETB P2.0 ；设置读/写状态为读
        MOV P，1B ；锁存地址
        CLR P2.3 ；锁存地址
        CLR P2.3 ；发地址锁存信号脉冲
        SETB P2.3
        MOV P1,#0FFH
        CLR P2.2 ；发片选信号脉冲
        SETB P2.2
        NOP
        NOP
        NOP ；延时4μs，为1MHz 的HCTL-1100 提供足够的时间
        CLR P2.1 ；设置输出势能引脚为效
        MOV A，P0 ；从1100 获取数据
        SETB P2.1 ；使输出势能无效
        RET