运动控制芯片MCX314在全自动生化分析仪系统中的应用

　　全自动生化分析仪是集各种现代科学,特别是电子学、光学、计算机技术和各种生物化学分析技术于一体的医学化学自动检测设备,主要用于医院生化检验及药物检测、毒物分析等,也可用来进行生化与光电比色方面的试验研究。

　　1　系统的总体设计

　　本仪器的主要结构包括:机械机构系统、管线工作系统、光学检测系统、温度控制系统和电气控制系统等几部分,其中机械机构系统由送样机构、反应盘、试剂盘、机械臂、搅拌器、清洗机构、机架等组成。机械机构系统共有12个步进电机作动力,完成相应的机械动作。为了提高机械动作的协调和高效性能,减少上位机的实时控制(协调机械动作)的工作量,以及减少上、下位机通信网络的信息量,本系统基本单元模块从便于单片机协调控制出发,按分析测试的动作性质来进行划分,将其分为:取样单元、取试剂单元、反应单元、模拟量测控单元以及通信处理单元,并以单片机测控网络为基础,采用集散型两级计算机测控系统模式。图1为生化分析仪控制系统示意图。

　　测控网络采用RS-485标准总线构成主-从网络,通信处理机作为网络的主机,同时负责与上位微机的通信,承担上位机与各单元控制模块(下位机)的信息传递与协议转换工作。各单元控制模块均采用W78E516作为微控制器,一方面通过运动控制芯片MCX314产生驱动脉冲信号和方向脉冲信号,驱动步进电机完成相应的机械动作;另一方面通过通信处理机与上位PC机通信,将单元模块的实时状态反馈给上位机,以便上位机进行调度,并且完成上位机下达的机械臂动作命令。在原理上各单元控制模块基本相似,下面以反应单元控制模块为例于以说明。

　　2　反应单元控制模块的硬件设计

　　该模块实现通信、机械臂运动、管泵阀和直流电机的控制功能,图2为反应单元控制模块硬件接口框图。

　　W78E516是Winbond公司生产的8位高性能微处理器(内部含有在系统可编程的MTP-ROM,可用于系统更新,并与标准的8052完全兼容),负责数据处理及输入输出控制;复位电路采用MAX813实现看门狗控制,用于防止程序出错;通信模块采用MAX485实现与网络主机的通信功能;管泵阀门和搅拌桨直流电机的控制均为24V开关量,故W78E516的I/O口通过光电隔离、达林顿驱动可直接实现;MCX314为步进电机运动控制芯片,通过它可以用简单的程序实现对步进电机的控制,包括输出驱动脉冲信号、方向脉冲信号,急停控制,检测正超程、负超程、工作状态等。

　　2·1　运动控制芯片MCX314简介

　　MCX314是日本NOVA电子有限公司研制的DSP控制运动专用芯片,内嵌功能强大的软件插补和监控模块。通过寄存器对四个运动轴进行参数化控制;以CW/CCW或DIR/Pulse模式对步进电机驱动器进行位置、速度和加速度控制;通过32位逻辑、实时位置计数器和比较寄存器实现位置反馈和控制;通过中断端口向主控制器发出中断请求;提供32个输出端口和48个输入端口,这些端口的功能各具特色。