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Xc1004四轴SPI串口运动控制芯片

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考
手
册

概述

SPI和串口双通讯，仅需使用10条指令便可完成复杂工作。
单芯片四轴输出，多个芯片通过不同片选脚可控制达120轴。
独立轴e版本支持最大脉冲输出频率1MHz独立输出。
插补轴f版本支持四轴直线插补，二轴圆弧插补，支持连续插补，支持速度前瞻。
脉冲输出使用脉冲+方向方式。
f版本最大拥有64条运动指令缓存空间。
LQFP48封装，引脚输入输出3.3V。

性能参数

供电电源 3.3VDC 电流100MA
温度范围 －40 ～ ＋105℃
封装 LQFP48
IO输入 3.3v ，兼容5v
IO输出 3.3v TTL输出
控制轴数 4轴
脉冲频率 e版:1MHZ f版:400kHZ
运动性能 e版:单轴运行，无指令缓存
f版:1-4轴直线插补 ，圆弧插补，支持指令缓存，支持连续插补
通信方式 e版:SPI 或 串口自定义协议
f版: SPI
通信速度 SPI：5Mbps 串口：115200bps

引脚排列

引脚号 引脚名称 引脚功能说明
1 VDD 电源正极+3.3V
2 Y4 4号输出口
3 Y5 5号输出口
4 Y6 6号输出口
5 A 16MHZ晶振引脚
6 B 16MHZ晶振引脚
7 RST 复位引脚，低电平有效
8 VSS 电源负极
9 VDD 电源正极+3.3V
10 LMT1- 1轴负限位或原点，低电平有效
11 LMT2- 2轴负限位或原点，低电平有效
12 LMT3- 3轴负限位或原点，低电平有效
13 LMT4- 4轴负限位或原点，低电平有效
14 CS SPI通信使能脚，低电平有效
15 SCK SPI通信时钟脚
16 MISO SPI通信数据输出脚，接单片机数据输入脚
17 MOSI SPI通信数据输入脚，接单片机数据输出脚
18 STOP 急停引脚，低电平有效
19 NC 串口485方向控制引脚
20 VSS 电源负极
21 Y0 0号输出口
22 Y1 1号输出口
23 VSS 电源负极
24 VDD 电源正极+3.3V
25 LMT1+ 1轴正限位，低电平有效
26 LMT2+ 2轴正限位，低电平有效
27 LMT3+ 3轴正限位，低电平有效
28 LMT4+ 4轴正限位，低电平有效
29 P1 第1轴脉冲信号
30 TXD 串口数据发送
31 RXD 串口数据接收
32 D1 第1轴方向信号
33 Y2 2号输出口
34 Y3 3号输出口
35 VSS 电源负极
36 VDD 电源正极+3.3V
37 SIGN 工作状态指示，闲时慢速交替变化，轴运行时快速交替变化
38 NC 空引脚
39 NC 空引脚
40 P2 第2轴脉冲信号
41 D2 第2轴方向信号
42 D3 第3轴方向信号
43 D4 第4轴方向信号
44 VSS 电源负极
45 P3 第3轴脉冲信号
46 P4 第4轴脉冲信号
47 VSS 电源负极
48 VDD 电源正极+3.3V

SPI通讯协议
芯片与单片机使用SPI通讯，单片机作为主机，芯片为从机。如单片机为5V工作电源，CS,SCL,MOSI引脚需串接2K欧电阻。芯片MISO引脚为开漏输出，需外接1K欧上拉电阻。CPHA=0，CPOL=0,高位在前，SPI数据宽度为8位。空闲状态下单片机SCK引脚必须为低电平。每一条指令开始发送前将CS引脚置低，整条指令发送完成后必须将CS置高。每条指令间隔1MS以上。

SPI时序图如下：

SPI通讯指令

◆设置轴速度（e,f版本共用指令）

发送：
功能码 补充0 轴号 加速度 运行速度 减速度
0x01 0x00 1字节 4字节 4字节 4字节

部分参数解释：
轴号（1，2，3，4）
加速度 加速度为： e版（1-4000000）（Hz/s2） f版（1-1600000）（Hz/s2）
运行速度 运行频率为：e版（1-1000000）（Hz） f版（1-400000）（Hz）
减速度 减速度为： e版（1-4000000）（Hz/s2）

要点：e版本轴号有效，速度为对应轴的速度。f版本由于共用一个插补核心，轴号设为任意值都为所有轴速度，如需改变当前运动指令里的速度需在当前指令前重设速度。加速度最大可设为运行速度4倍。如没设置减速度，减速度会与加速度相同。f版本减速度无效。

◆ 设置轴逻辑位置（e,f版本共用指令）

发送：

功能码 补充0 轴号 位置
0x12 0x00 1字节 4字节

部分参数解释：
轴号（1，2，3，4） 1-4：1-4轴
位置 轴逻辑位置，范围（-268435455~+268435455）

◆轴停止（e,f版本共用指令）
发送：

功能码 轴号 模式
0x17 1字节 1字节

部分参数解释：

轴号（1，2，3，4） 1-4： 1-4轴
模式（0，1，2，3） 0：急停并清空后面缓存的指令 1：减速停不清空后面缓存的指令 2：急停不清空后面缓存的指令 3：减速停并清空后面缓存的指令
要点：f版本由于共用一个插补核心，轴号设为任意值都会让所用轴停止。

◆获取各轴逻辑位置和状态（e,f版本共用指令）
发送：

功能码 数据0
0x04 最多21个字节

返回：
起始码 各轴运行状态 缓存数量 1轴坐标 2轴坐标 3轴坐标 4轴坐标 负限位状态 正限位状态
0x00 1字节 2字节 4字节 4字节 4字节 4字节 1字节 1字节

部分参数解释：

各轴运行状态（转为8位二进制数）

第0位为e版1轴状态 0：停止中 1：运行中
第1位为e版2轴状态 0：停止中 1：运行中
第2位为e版3轴状态 0：停止中 1：运行中
第3位为e版4轴状态 0：停止中 1：运行中
第6位为f版插补核各轴状态 0：停止中 1：运行中
第7位为芯片忙状态 0：空闲中 1：忙碌中
缓存数量（0-64） 还未运行的缓存指令数。

各轴坐标 范围（-268435455~+268435455）

负限位状态（转为8位二进制数）
第0位为1轴状态 0：限位中 1：未限位
第1位为2轴状态 0：限位中 1：未限位
第2位为3轴状态 0：限位中 1：未限位
第3位为4轴状态 0：限位中 1：未限位

正限位状态（转为8位二进制数）
第0位为1轴状态 0：限位中 1：未限位
第1位为2轴状态 0：限位中 1：未限位
第2位为3轴状态 0：限位中 1：未限位
第3位为4轴状态 0：限位中 1：未限位

要点：返回字节按功能顺序排列，由于SPI工作模式是一边发送一边接收，如只需取前面字节的数据，为节省通讯时间，可只发送对应字节的数据0。例如只需获取各轴运行状态，发送2个字节0便可。轴运行状态只是轴的瞬时状态，不能用来指示指令是否完成。可读取缓存数量来判断缓存区指令是否完成。独立轴se版本无缓存。

◆ 设置特殊功能（f版本专用指令）

发送：

功能码 补充0 功能
0xfa 0x00 1字节

部分参数解释：
当功能写入0x01-0x80，设置圆弧精度，值越低精度越高，默认值为0x0b。
当功能写入0xfc，缓存内运动指令暂停。
当功能写入0xfd，取消缓存内运动指令暂停。
当功能写入0xea，取消引脚限位功能。
当功能写入0xeb，始能引脚限位功能。

◆ 回原点（f版本专用指令）
发送：

功能码 补充0 轴号 进入原点速度 离开原点速度
0x1a 0x00 1字节 4字节 4字节

部分参数解释：

轴号（1，2，3，4）

进入原点速度 运行频率为：值（1-400000）（Hz）

离开原点速度 运行频率为：值（1-400000）（Hz）

要点：回原点指令会自动生成一段负脉冲和一段正脉冲。以进入原点速度输出负脉冲时，左限位原点开关生效时自动减速停；随后以离开原点速度输出正脉冲，离开原点限位开关时自动急速停止，急停后可作为原点。回原点指令不宜和其它运动指令混合在一起放入缓存里，回原点过程应单独存在。

◆ 四轴直线插补（f版本专用指令）
发送：
功能码 X轴号 Y轴号 Z轴号 E轴号 X脉冲数 Y脉冲数 Z脉冲数 E脉冲数 补充0 运动方式
0x0a 1字节 1字节 1字节 1字节 4字节 4字节 4字节 4字节 0x00 1字节

部分参数解释：
X轴号（1，2，3，4）
Y轴号（1，2，3，4）
Z轴号（1，2，3，4）
E轴号（1，2，3，4）

X脉冲（-268435455~+268435455）
Y脉冲（-268435455~+268435455）
Z脉冲（-268435455~+268435455）
E脉冲（-268435455~+268435455）

运动方式（0，1） 0：绝对位移 1：相对位移

要点：当只需要少于四轴做插补时，不用的轴号和脉冲数写0。

◆ 二轴圆弧插补（f版本专用指令）

发送：

功能码 X轴号 Y轴号 终点坐标X 终点坐标Y 圆心坐标X 圆心坐标Y 运动方式1 运动方式2
0x0c 1字节 1字节 4字节 4字节 4字节 4字节 1字节 1字节

部分参数解释：
X轴号（1，2，3）
Y轴号（1，2，3）
终点坐标 圆弧插补的终点位置,范围（-268435455~+268435455）
圆心坐标 圆弧插补的圆心点位置，范围（-268435455~+268435455）
运动方式1 0：圆心法逆时针插补 1：圆心法顺时针插补 2：三点定圆弧
3：半径法逆时针插补 4：半径法顺时针插补
运动方式2 0：绝对位移 1：相对位移

要点：圆弧各坐标必须能构成正常的圆弧。当运动方式设为2时，为三点定圆弧模式，圆心坐标参数设为圆弧的中间点坐标。当运动方式设为3或4时，为半径法圆弧模式，圆心坐标X参数设为圆弧的半径长度，圆心坐标Y参数设为0。

◆ 等待延时（f版本专用指令）

发送：

功能码 延时量
0x0e 2字节

部分参数解释：

延时量（1-10000）MS

要点：等待延时是指等待所设延时量后才执行后面的指令。

◆写输出口状态（e,f版本共用指令）
发送：

功能码 输出端口号 输出状态
0x03 1字节 1字节

部分参数解释：

输出端口号 （0-6） Y0-Y6
输出状态 （0,1） 0：输出低电平 1：输出高电平

◆ 单轴运行（e版本专用指令）

发送：

功能码 轴号 运动方式 脉冲数量
0x02 1字节 1字节 4字节

部分参数解释：

轴号（1，2，3，4） 独立轴运动的轴号
脉冲数量 （-268435455~+268435455）输出的脉冲数 >0：正方向移动 <0：负方向移动
运动方式（0，1） 0：绝对位移 1：相对位移

串口通讯协议
e版本支行SPI通讯同时支持串口通讯，串口通讯速率为115200bps,数据位为8位，停止位1位，无校验。
校验和为指令校验和之前所有数据相加，取低2个字节。
除去《获取各轴逻辑位置和状态》指令，其它指令返回数据格式：
地址码 功能码 参数
0x00 1字节 0x0000

通讯指令

◆设置轴速度（e版本专用指令）
发送：
地址码 功能码 补充0 轴号 加速度 运行速度 减速度 校验和
0x00 0x01 0x00 1字节 4字节 4字节 4字节 2字节

部分参数解释：
轴号（1，2，3，4）
加速度 加速度为： （1-4000000）（Hz/s2）
运行速度 运行频率为：（1-1000000）（Hz）
减速度 减速度为： （1-4000000）（Hz/s2）

要点：轴号有效，速度为对应轴的速度。加速度最大可设为运行速度4倍。如没设置减速度，减速度会与加速度相同。

◆ 设置轴逻辑位置（e版本专用指令）

发送：

地址码 功能码 补充0 轴号 位置 校验和
0x00 0x12 0x00 1字节 4字节 2字节

部分参数解释：
轴号（1，2，3，4） 1-4：1-4轴
位置 轴逻辑位置，范围（-268435455~+268435455）

◆轴停止（e版本专用指令）
发送：

地址码 功能码 轴号 模式 校验和
0x00 0x17 1字节 1字节 2字节

部分参数解释：

轴号（1，2，3，4） 1-4： 1-4轴
模式（0，1） 0：急停 1：减速停

◆获取各轴逻辑位置和状态（e版本专用指令）
发送：

地址码 功能码 校验和
0x00 0x04 2字节

返回：
起始码 各轴运行状态 缓存数量 1轴坐标 2轴坐标 3轴坐标 4轴坐标 负限位状态 正限位状态 校验和
0x00 1字节 2字节 4字节 4字节 4字节 4字节 1字节 1字节 2字节

部分参数解释：

各轴运行状态（转为8位二进制数）

第0位为e版1轴状态 0：停止中 1：运行中
第1位为e版2轴状态 0：停止中 1：运行中
第2位为e版3轴状态 0：停止中 1：运行中
第3位为e版4轴状态 0：停止中 1：运行中
第7位为芯片忙状态 0：空闲中 1：忙碌中
缓存数量（0-64） 还未运行的缓存指令数。

各轴坐标 范围（-268435455~+268435455）

负限位状态（转为8位二进制数）
第0位为1轴状态 0：限位中 1：未限位
第1位为2轴状态 0：限位中 1：未限位
第2位为3轴状态 0：限位中 1：未限位
第3位为4轴状态 0：限位中 1：未限位

正限位状态（转为8位二进制数）
第0位为1轴状态 0：限位中 1：未限位
第1位为2轴状态 0：限位中 1：未限位
第2位为3轴状态 0：限位中 1：未限位
第3位为4轴状态 0：限位中 1：未限位

要点：返回字节按功能顺序排列，独立轴e版本无缓存。

◆写输出口状态（e版本专用指令）
发送：

地址码 功能码 输出端口号 输出状态 校验和
0x00 0x03 1字节 1字节 2字节

部分参数解释：

输出端口号 （0-6） Y0-Y6
输出状态 （0,1） 0：输出低电平 1：输出高电平

◆ 单轴运行（e版本专用指令）
发送：

地址码 功能码 轴号 运动方式 脉冲数量 校验和
0x00 0x02 1字节 1字节 4字节 2字节

部分参数解释：

轴号（1，2，3，4） 独立轴运动的轴号
脉冲数量 （-268435455~+268435455）输出的脉冲数 >0：正方向移动 <0：负方向移动
运动方式（0，1） 0：绝对位移 1：相对位移

要点：
e版本芯片无指令缓存 ，如果发送相同轴的指令，需用获取各轴逻辑位置和状态查询当前轴是否已停止，再发当前轴的指令。如果发不同轴的指令不受影响。
e版本回原点方法：先设置合适的速度，用单轴运行指令向负方向发送大量脉冲的运行指令，负方向限位有效时电机会自动停止，可用获取各轴逻辑位置和状态查询限位状态和轴状态，以确定电机已停止。最后用设置轴逻辑位置指令设置当前坐标为0，以此为原点。

xc1004四轴SPI运动控制芯片