MESA 7I96

Zde jsem se pokusil shrnout informace uživatelů z diskuzního fóra https://forum.strojirenstvi.cz. Tudíž né vše jsou moje myšlenky a když už něco přebírám, tak se snažím uvádět zdroj myšlenky. Omlouvám se tedy pokud se mi někde nepovedlo dát najevo, že je něco pouze přebrané. Na druhou stranu, zde jsou uvedené mé závěry, kde s některýma by se zde zmiňovaní autoři nemuseli ztotožnit

Proč právě 7i96 ?

Já to vidím tak, že na malé "hračky" stačí zde popisovaná Mesa 7i96 a na větší projekty bych si sehnal dobrého integrátora LCNC, který Vám sežene levné a kvalitní serva a postaví celý stroj EtherCATu. Samozřejmě se jedná o můj subjektivní názor, jinak by nevznikly ostatní Mesa karty :-) . Jedna z často zmiňovaných nevýhod Mesy 7i96 je nedostatek vstupů a výstupů. Na toto si dejte pozor !!! Podobná karta s více vstupy je například 7I76E, Já to mám v plánu řešit samostatným modulem vstupy/výstupy například takovýmto nebo takovýmto.

Návod

Rád bych napsal pár poznámek k návodu ke kartě Mesa 7i96. Tento návod rozhodně NENÍ učební pomůcka, která Vás povede krok po kroku jak zprovoznit Váš CNC stroj. Je to přesný opak. Autor tohoto návodu předpokládá, že si jej bude číst někdo, kdo trochu o elektronice ví. V návodu je vše co potřebujete k jejímu provozování a instalaci, ale není tam ani jedno zbytečné slovíčko, žádná omáčka navíc. Výhoda je, že když zvládnete pochopit návod na jednu jakoukoliv Mesa kartu, budete schopní se velmi rychle seznámit s jakoukoliv jinou kartou. Další výhoda je, že hledání v těchto návodech je velmi rychlé, nemusíte prohlédávat žádné 300 stránkové dokumenty.

Pokud jste si teď prolistovali návod a koukáte na něj jak bagr na tvrdou zem, tak Vám následující text snad pomůže.

FPGA hradlové pole

To co je na Mesa kartách nejdůležitější je mikročip označený FPGA od firmy Xilinx. Na rozdíl od Arduin, kde srdce plošného spoje je mikrokontrolér, zde je srdce desky FPGA hradlové pole. Jaký je rozdíl mezi těmito elektro součástkami?

Rozdíly:

hradlové pole počítá výpočty paralelně, tudíž je pro naše potřeby výrazně rychlejší než mikrokontrolér, který čte zdrojový kód řádek po řádku
hradlové pole je daleko složitější na programování než mikrokontrolér

Totožnosti:

do externí paměti hradlového pole i do mikrokontroléru lze nahrávat různé programy, takže se může stejná deska s jiným softwarem chovat úplně jinak. Počet nahrátí jiného programu je externí pamětí omezen na 100 000x . Což by nám všem mohlo stačit :-) Většina z nás to bude dělat 0x nebo 1x za život.
piny lze konfigurovat na GPIO

Zvýše uvedného je jasné, že pořízením karty Mesa 7i96 nám do budoucna vzniká možnost si vždy nějak poradit při rozšiřování stroje. Pro nahrátí nového programu do FPGA hradla se používá program mesaflash, který je součástí distribuce LCNC. Pokud si o něm chcete něco zjistit, použijte v příkazové řádce příkaz "man mesaflash".

Jelikož tvorba programu pro FPGA hradlové pole je složitá, výrobce již dopředu nachystal programy (soubory *.bit), které si lze stáhnout z: https://www.mesanet.com/software/parallel/7i96.zip

Konektor P1

Pokud začínáte stavět již zmíněný malý CNC strojek s 3 až 5-ti krokovými motory ovládanými STEP - DIR a vřeteno ovládané relátkem, tak nás tento konektor nebude zajímat. Začne být pro nás zajímavý až v okamžiku, kdy začnem svůj stroj rozšiřovat a budem potřebovat rozšířit třeba o vstupy a výstupy.

Je důležité si dát při elektroinstalaci pozor na tento konektor, protože nemá žádnou elektronickou ochranu, takže když na něj něco špatně zapojíte, můžete zničit FPGA hradlové pole.

Konektor STEP

Zde se zapojuje řízení jednotlivých driverů od krokový motorů. Uvedu zde citaci z návodu:

STEP/DIR INTERFACE

The 7I96 provides five channels of step/dir interface with buffered 5V differentialsignal pairs. Each differential pair consists of two complementary 5V outputs. The differential signals allows reliable signal transmission in noisy environments and candirectly interface with RS-422 line receivers. Step motor drives with single ended inputsconnect to just one of the STEP and DIR signal outputs, that is either the STEP+/DIR+ orSTEP-/DIR- signals, with the unused signals left unconnected at the 7I96. The inputcommon signal on drives with single ended inputs connects to the 7I96s GND or 5VP pinsdepending on the drive type.

Pokud chceme tomuto textu porozumět, je nutné vědět co znamená "single ended output" a "differential output". Doporučuji nastudovat, například zde.

cited from: https://forum.strojirenstvi.cz/viewtopic.php?p=356201#p356201

Konektor STEP4

Zdánlivě se jedná o obyčejný konektor pro 5-tý driver krokového motoru. Ono to tak je i není. Záleží to na firmware FPGA. Pokud se použije soubor 7i96d.bit, tak tento konektor opravdu slouží pro 5-tý driver, ovšem pokud použijete 7i96d_1pwm.bit tak na tomto konektoru bude PWM výstup + DIR.

Výhoda PWM výstupu je, že se dá velmi jednoduše převést na výstup 0-10V. K tomu jsem využil oddělovací desku, která tento převodník má. Zbyla mi po předchozích snahách používat paralelní port.

Pokud Vám to připadá jako bastlení, tak existuje karta Mesa 7i76e, která má analogový výstup v sobě už integrovaný. Ovšem stojí skoro dvojnásobek než 7i96.

Konektor ENCODER

Tento konektor slouží k připojení encoderu.

Konektor SERIAL

Tento konektor slouží k připojení dalších rozšiřujích karet, které komunikují přes protokol SmartSerial. Například ke kartě Mesa 7i84.

Konektory INput OUTput

Piny IN0 až IN10 jsou digitální vstupy se společnou zemí nebo společným napětím IN COMMON. Vstupy jsou oddělené optočlenem a napájecí napajení je 5 až 36V.

Piny OUT0+ OUT0- až OUT5+ OUT5- jsou digitální výstupy. Maximální spínací napětí je 36V a maximální proud 2A.

Více naleznete zde.