产生脉冲输出的方法和系统 本申请是申请日为 2004 年 2 月 26 日、 申请号为 200480011133.3（国际申请号为 PCT/US2004/005681） 以及发明名称为 “具有线性频率变化的可编程逻辑控制器的脉冲输出 功能” 的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉参考 本申请要求于 2003 年 2 月 26 日提交的未决的临时申请序列号为 60/450,210 （申请人 案卷号为 2003P02866US） 的优先权。
技术领域
本发明涉及一种用于产生脉冲输出的方法和系统。背景技术 可编程逻辑控制器可以配备在其离散输出点上产生脉冲输出的一些装置， 所述离 散输出点能够被用来控制步进电动机、 受脉冲输入控制的伺服电动机控制器的运动， 和/ 或用于由输入脉冲频率、 脉宽和 / 或脉冲数控制的其它设备。
所期望的运动曲线可以按照期望的脉冲频率与时间比较来进行描述。 这样的曲线 可以用在工业中， 以便例如描述确定工具位置的电动机的速度， 其中传送给运动系统的脉 冲频率控制转速。 现今用在工业中的典型的运动系统具有从每转 200 个脉冲到每转 200000 个脉冲的比例因数。 从最小频率到最大频率的典型加速时间可以从几毫秒变化到高达许多 秒。 实际的运动对象往往要移动特定的距离， 该特定的距离表示为特定的脉冲数， 同时满足 有关加速的约束条件以及加速度的变化。 有关加速的约束条件和加速度的变化可能具有许 多的促动因素中的任何一个， 这些促动因素包括 ： 控制电动机的转矩负载， 限制传动系统上 的磨损， 防止对工具、 工件和 / 或所处理的材料的损坏， 和 / 或限制噪声等等。加速度的受 控变化可能被包含或可能不被包含在特定的应用中， 但是却日益得到重视， 因为用户争取 更高速的运动而不引入破坏性的震动。
发明内容
某些示例性实施例提供了一种用于产生脉冲输出的方法， 该方法包括 ： 自动 地将第一用户规定的脉冲频率改变为第二脉冲频率 ； 以及根据用户规定的线性时间率 （linear-time-rate） 变化以在第一用户规定的脉冲频率和第二脉冲频率之间变化的频率 自动地从可编程逻辑控制器中输出多个脉冲。 附图说明
通过下列详细说明和附图能够更好地理解可能的实施例的宽泛组合， 其中 ： 图 1 是系统 1000 的示例性实施例的框图 ； 图 2 是方法 2000 的示例性实施例的流程图 ； 图 3 是信息装置 3000 的示例性实施例的框图 ；图 4 是示例性的典型的期望的运动曲线 4000 的图 ； 和 图 5 是系统 5000 的示例性实施例的框图。 具体实施方式
定义 当在这里使用下列术语时， 应用下列所附的定义 ： 可编程逻辑控制器 （PLC） - 跟随被编程的指令来提供对于机器的自动监控和 / 或控制 功能和 / 或通过评估一组输入来进行处理的装置。 例如， PLC 能够被用来使机械加工、 包装、 材料处理和 / 或其它应用中的复杂功能自动化。PLC 能够用于控制工业过程。
脉冲 - 包括延续一段预定时间周期的预定振幅的电压的瞬态波。
脉冲列 - 能够控制运动装置的运行的一系列脉冲， 所述运动装置例如是 ： 运动控 制器， 诸如步进电动机控制器、 伺服控制器、 致动器控制器等等 ； 运动驱动器， 诸如步进驱动 器、 伺服驱动器等等 ； 和 / 或致动器， 诸如步进电动机、 伺服电动机、 线性电动机、 电动机、 滚 珠螺杆、 伺服阀、 液压致动器、 气动阀等等。所述运动装置能够将脉冲的数目、 频率和 / 或长 度解释为针对某些运动的命令。 脉冲发生器 - 生成脉冲的装置。
脉冲输出 - 从装置中提供的一系列脉冲。
频率 - 规定的周期性现象在规定的间隔内出现的次数。例如， 脉冲频率能够从每 秒 1 个脉冲变化到每秒 10000 个脉冲。施加到受运动控制的系统上的脉冲列的频率将典型 地与运动装置的速度成正比， 并且由此在这里可互换地使用术语 （脉冲列的） 频率和 （运动 装置的） 速度。
加速度 - 频率相对于时间的变化。
加速度率 （jerk） - 加速度相对于时间的变化。
线性时间率变化 - 脉冲变量 （例如频率、 加速度、 加速度率等等） 相对于时间的变 化， 其特征在于每单位时间变化的常增量。
脉冲频率输出曲线 - 脉冲频率相对于时间或脉冲计数的所期望变化的表示 （例如 图形表示、 表格表示等等） 或等效表示， 诸如运动装置的速度和位置的表示， 由此速度与脉 冲频率有关， 而位置与脉冲计数有关。例如， 脉冲频率输出曲线能够规定 ： 对于运行的开始 500 个脉冲， 脉冲频率应该从每秒 10 个脉冲增加到每秒 100 个脉冲， 而之后对于接下来的 300 个脉冲则保持恒定， 然后以规定速率降低， 在达到每秒 20 个脉冲之后脉冲输出停止。 整 体来看， 可以把脉冲频率输出曲线视为规范 （specification） 和 / 或可以将其视为规范的 集合， 每个规范都与曲线的一个或多个组分有关， 所述组分诸如是线段。
规范 - 说明或特征描述。
线段 - 通过某些参数 （比如初始频率、 初始加速度） 以及加速度相对于时间的变化 和线段如何结束的规范来表征 （或详细说明） 脉冲频率输出曲线的部分。线段如何结束的规 范可能是特定脉冲计数的结束、 或达到特定频率目标或某个外部事件。
变化的极性 - 变化率是正的还是负的。
自动地 - 以实质上与外界影响或控制无关的方式进行动作或操作。例如， 自动照 明开关在以它的角度 “看到” 人时就能够接通， 而无需人手动地操作该照明开关。
详细说明 某些示例性实施例提供了针对可编程逻辑控制器的脉冲输出功能。 脉冲输出功能能够 提供装置， 用于产生用户规定的脉冲频率， 用于根据随时间变化的用户规定的线性速率 （恒 定加速度） 来改变脉冲频率， 和 / 或用于响应于加速度相对于时间的用户规定的线性变化来 改变频率。所述功能能够供给用户规定的脉冲频率输出曲线， 所述曲线包括无穷大和无穷 混合的线段序列， 每个线段都表示逐渐增加的频率、 逐渐降低的频率和 / 或恒定的频率输 出。 频率幅度、 频率变化的速率和极性、 以及加速度变化的速率和极性都能够针对每个线段 而独立地加以规定。每个线段的长度都能够被独立地规定为脉冲数、 为将被外部事件终止 的不定长度和 / 或为将通过达到规定的频率目标而被终止的不定长度。所规定的线段的操 作能够被中断 （如例如， 通过紧急停止功能来中断） 。在这样的线段中断时， 能够突然地终止 脉冲输出， 和 / 或能够将过渡按规定安排到新规定的线段 （如例如， 紧急停机序列中的项） ， 而不在脉冲发生中间断。
可编程逻辑控制器能够配备在其离散输出点上产生脉冲输出的一些装置， 所述离 散输出点能够被用来控制步进电动机、 受脉冲输入控制的伺服电动机控制器， 和 / 或用于 由输入脉冲频率、 脉宽和 / 或脉冲数控制的其它设备。作为简单的实施方式， 可编程逻辑控 制器能够集中于脉宽的用户规范。 可编程逻辑控制器能够包括用于传送用户规范序列以便 产生所期望的脉宽输出曲线的装置。 可编程逻辑控制器能够包括在规范点之间内插脉宽的 变化以便在遵照所规定的脉宽的斜坡变化的同时总体上减少不希望的脉宽中的间断的装 置。 要认识到脉宽是逆相关于频率的。当用户期望的规范在于频率和频率的变化时， 依赖于脉宽和脉宽规范的变化的机制可能是不便于使用的。特别是， 在试图描述频率相对 于时间的变化 （加速度） 以及加速度相对于时间的变化时， 脉宽和脉宽规范的变化的使用可 能需要不方便地大量的点， 以便以足够的精度来描述线段。
根据典型的期望规则来计算频率目标并将这些频率目标转换为脉宽所需要的算 术运算是相当简单的。 针对低成本应用的典型的可编程逻辑控制器具有有限的可用的处理 能力。某些应用可能需要数百千赫到兆赫的脉冲输出频率。某些应用针对如由典型的可编 程逻辑控制器在逐个脉冲基础上所需的要执行的加速度变化、 频率变化和频率到脉宽的转 换计算不允许充分的时间。
某些示例性实施例能够提供专用逻辑来执行这些计算， 其与输入数据流水线机制 相耦合以允许及时新数据的连贯提供， 还能够提供状态机逻辑以管理所述计算， 向脉冲发 生器传送正确的计算结果， 并且管理所期望的操作模式之间的过渡。所述专用逻辑能够使 用定点计算而非通常更复杂且更昂贵的浮点计算机制。特别是， 在特定时间计算目标频率 和目标加速度能够被执行为递增变化的累加。通过允许独立地规定这样的累加率， 能够缩 放定点加法以涵盖否则可能需要过度字长或浮点计算硬件的变化值的频率 / 时间 / 速率的 范围。
图 1 是系统 1000 的示例性实施例的框图。系统 1000 能够包括诸如可编程逻辑控 制器 （ “PLC” ） 1100 之类的信息装置， 该可编程逻辑控制器 1100 包括经由连接器 1130 耦合 到脉冲发生器 1140 的主处理器 1120。在某些实施例中， 脉冲发生器 1140 能够连接到诸如 系统底板和 / 或 PLC 1100 的扩展输入 / 输出总线之类的连接器 1300。
脉冲发生器 1140 能够被集成到 PLC 1100。也就是， 一旦被安装， 脉冲发生器 1140 就能够成为 PLC 1100 的组件， 而非独立式的装置。脉冲发生器 1140 能够包括运动处理器 1150， 该运动处理器 1150 具有诸如双端口 RAM 之类的存储器 1160。 运动处理器 1150 可以是 市场上可买到的通用微处理器。在另一个实施例中， 运动处理器 1150 可以是专用集成电路 （ASIC） ， 该专用集成电路已经被设计来在其硬件和 / 或固件中实现依照本发明的实施例的 至少一部分方法。在又一个实施例中， 运动处理器 1150 可以是现场可编程门阵列 （FPGA） 。
存储器 1160 能够包含可以软件来实现的指令， 所述软件能够采取本领域众所周 知的众多形式中的任何一种。脉冲发生器 1140 还可以包括通信接口 1170， 比如总线、 连接 器、 电话线接口、 无线网络接口、 蜂窝式网络接口、 局域网接口、 宽带电缆接口等等。
脉冲发生器 1140 能够影响运动装置。运动装置可以是任何能够由可变频率脉冲 列控制的装置， 该装置包括 ： 运动控制器， 比如步进电动机控制器、 伺服控制器、 致动器控制 器等等 ； 运动驱动器， 比如步进驱动器、 伺服驱动器等等 ； 和 / 或致动器， 比如步进电动机、 伺服电动机、 线性电动机、 电动机、 滚珠螺杆、 伺服阀、 液压致动器、 气动阀等等。 脉冲发生器 1140 能够产生称作脉冲列的一系列脉冲。根据某些示例性实施例， 可变频率脉冲发生器能 够产生可以在频率、 计数、 宽度和 / 或差动宽度中变化 （在这里也称为 “脉宽的变化” ） 的脉 冲列。在运动装置处， 脉冲列的频率能够控制速度， 和 / 或脉冲计数能够控制位置。 脉冲发生器 1140 能够被连接到与 PLC 1100 分离的运动控制器 1300。 运动控制器 1300 能够被连接到运动驱动器和 / 或致动器 1400。脉冲发生器 1140 还能够经由网络 1500 被连接到与 PLC 1100 分离的运动控制器 1600。网络 1500 可以是公共交换电话网 （PSTN） 、 无线网络、 蜂窝式网络、 局域网、 因特网等等。运动控制器 1600 能够被连接到运动驱动器 和 / 或致动器 1700。此外， 脉冲发生器 1140 能够被连接于集成到 PLC 1100 的运动控制器 1180。运动控制器 1180 能够被连接到运动驱动器和 / 或致动器 1200。
被连接到网络 1500 的还可以是信息装置 1900， 比如传统的电话、 电话的部件、 蜂 窝式电话、 移动终端、 蓝牙装置、 发信机、 传呼机、 传真机、 计算机终端、 个人计算机等等。信 息装置 1900 能够被用来编程脉冲发生器 1140、 与脉冲发生器 1140 进行交互和 / 或监控脉 冲发生器 1140。
图 2 是方法 2000 的示例性实施例的流程图。在动作 2100， 能够比如从图形式脉 冲频率输出曲线中接收到和 / 或导出第一用户规定的线段规范。所述曲线可以包括多个线 段， 每个线段都表示从递增的频率输出、 递减的频率输出和 / 或恒定频率输出中选择的频 率输出。至少第一线段可以包括第一或初始脉冲频率规范。每个线段都可以包括多个用户 可指定的变化特征， 比如变化的幅度、 变化率、 变化的极性、 持续时间和 / 或长度。一个或多 个线段能够具有按脉冲数规定的长度。 一个或多个线段能够具有可通过预定的外部事件或 达到预定的频率目标而终止的不定长度。
在动作 2150， 能够接收到或导出附加的后续线段规范。附加的线段规范可以包括 新的第一频率、 新的线性时间率变化和 / 或新的线段终止规范。
在动作 2200， 脉宽能够根据脉冲频率来加以计算。与当前线段相关联的用户规定 的线性时间率 （ “LTR” ） 变化能够被应用于确定下一个脉冲的频率。LTR 变化可能是脉冲频 率相对于时间的变化、 受控系统速度相对于时间的变化、 脉冲加速度相对于时间的变化、 和 / 或受控系统加速度相对于时间的变化。
在动作 2300， 可以作比较以判断是否已经达到对应于第二用户规定的脉冲频率的 目标脉冲频率。第二用户规定的脉冲频率可能是明确规定的频率目标， 累积频率变化直到 达到规定的脉冲计数的结果、 和 / 或累积频率变化直到出现外部事件的结果。如果尚未达 到目标频率， 则控制可以返回到动作 2200， 并且能够继续以在用户规定的第一脉冲频率和 第二脉冲频率之间变化的频率来输出脉冲。如果已经达到目标频率 （或线段的末尾） ， 则控 制可以转到动作 2400。
在动作 2400， 能够自动地改变用户规定的线性时间率变化， 比如从脉冲频率输出 曲线的一个线段变化到后续的线段。所述曲线可以由多个线段组成， 每个线段都具有如终 止于达到多个脉冲时规定的长度、 由外部事件终止的不定长度、 和 / 或通过达到规定频率 目标而终止的长度。如果新的后续线段规范可以从动作 2201 中获得， 则就能够使这个新的 规范有效并且所述过程能够在动作 2200 重新开始。如果在动作 2201 尚未接收到后续的线 段， 则控制可以转到动作 2500。
在动作 2500， 能够停止脉冲的输出。
图 3 是信息装置 3000 的示例性实施例的框图， 所述信息装置能够表示图 1 的信息 装置 1100、 1300、 1600 和 / 或 1900 等等中的任何一个。信息装置 3000 能够包括多个众所 周知的组件中的任何一个， 诸如一个或多个网络接口 3100、 一个或多个处理器 3200、 包含 指令 3400 的一个或多个存储器 3300、 一个或多个输入 / 输出 （I/O） 装置 3500、 和 / 或耦合 到 I/O 装置 3500 的一个或多个用户接口 3600， 等等。
正如在这里使用的， 术语 “信息装置” 指的是任何能够处理信息的装置， 比如任何 通用和 / 或专用计算机， 诸如像个人计算机、 工作站、 服务器、 小型计算机、 大型机、 巨型计 算机、 计算机终端、 膝上型电脑、 可佩带的计算机， 和 / 或个人数字助理 （PDA） 、 移动终端、 蓝 牙装置、 发信机、 “智能” 电话 （比如像 Handspring Treo 之类的装置） 、 消息传送业务 （例如 Blackberry） 接收机、 传呼机、 传真机、 蜂窝式电话、 传统电话、 电话的部件、 已编程的微处理 器或微控制器和 / 或外围集成电路元件、 ASIC 或其它集成电路、 诸如离散元件电路之类的 硬件电子逻辑电路、 和 / 或诸如 PLD、 PLA、 FPGA 或 PAL 等等之类的可编程逻辑器件等等。一 般而言， 能够实现在此所述的至少一部分方法、 结构、 和 / 或或图形用户接口的有限状态机 驻留在其上的任何装置都可以被用作信息装置。信息装置能够包括众所周知的组件， 比如 一个或多个网络接口、 一个或多个处理器、 包含指令的一个或多个存储器、 和 / 或一个或多 个输入 / 输出 （I/O） 装置、 一个或多个用户接口等等。
正如在这里使用的， 术语 “网络接口” 指的是任何能够将信息装置耦合到网络的装 置、 系统或子系统。例如， 网络接口可以是电话、 蜂窝式电话、 蜂窝式调制解调器、 电话数据 调制解调器、 传真调制解调器、 无线收发机、 以太网卡、 电缆调制解调器、 数字用户线接口、 网桥、 集线器、 路由器或其它类似装置。
正如在这里使用的， 术语 “处理器”指的是用于处理机器可读指令的装置。处 理器可以是中央处理单元、 本地处理器、 远程处理器、 并行处理器和 / 或分布式处理器等 等。所述处理器可以是通用微处理器， 比如由加利福尼亚州圣克拉拉的英特尔公司制造的 Pentium III 系列的微处理器。 在另一个实施例中， 所述处理器可以是已经被设计来在其硬 件和 / 或固件中实现在此所公开的至少一部分实施例的专用集成电路 （ASIC） 或现场可编 程门阵列 （FPGA） 。正如在这里使用的， “存储器” 指的是任何能够进行数据存储的硬件元件， 诸如非 易失性存储器、 易失性存储器、 随机存取存储器 （RAM） 、 只读存储器 （ROM） 、 快闪存储器、 磁 性介质、 硬盘、 软盘、 磁带、 光介质、 光盘、 高密度盘 （CD） 、 数字通用光盘 （DVD） 和 / 或 raid 阵 列等等。
正如在这里使用的， 术语 “固件” 指的是被存储在只读存储器 （ROM） 中的机器可读 指令。ROM 可以包括 PROM 和 EPROM。
正如在这里使用的， 术语 “I/O 装置” 指的是任何感觉定位的输入和 / 或输出装 置， 比如听觉定位的、 视觉定位的、 触觉定位的、 嗅觉定位的和 / 或味觉定位的装置， 该装置 例如包括 ： 监视器、 显示器、 投影机、 高架显示器、 键盘、 小键盘、 鼠标、 跟踪球、 操纵杆、 游戏 键盘、 操纵轮、 触垫、 触板、 定点装置、 话筒、 扬声器、 摄像机、 照相机、 扫描仪、 打印机、 触觉装 置、 振动器、 触觉模拟器和 / 或触觉垫， 可能包括能将 I/O 装置附加或连接到其上的端口。
正如在这里使用的， 术语 “触觉” 指的是人类运动感觉和人类触觉。在许多可能的 触觉体验之中有众多的感觉， 以非视觉、 非听觉和非嗅觉方式至少局部感觉到的感观上的 身体位置差异和基于时间的感觉上的变化， 包括下列的体验 ： 能触知的接触 （正在接触的） 、 主动接触、 抓、 压、 摩擦、 牵引、 滑动、 拉伸、 推动、 扭转、 冲击、 击穿、 振动、 运动、 加速、 震动、 脉 冲、 定向、 四肢位置、 重力、 肌理、 间隙、 隐藏、 粘性、 疼痛、 痒、 潮湿、 温度、 热传导和热容量。 正如在这里使用的， 术语 “用户接口” 指的是任何用于向用户呈现信息和 / 或从用 户那里请求信息的装置。 用户接口包括下列中的至少一种 ： 文本元件、 图形元件、 音频元件、 视频元件、 动画元件和 / 或触觉元件。文本元件可以例如由打印机、 监视器、 显示器、 投影机 等等来提供。图形元件可以例如通过监视器、 显示器、 投影机和 / 或诸如光、 标志、 信标等等 之类的可视指示装置来提供。音频元件可以例如通过扬声器、 话筒和 / 或其它声音生成和 / 或接收装置来提供。视频元件或动画元件可以例如通过监视器、 显示器、 投影机和 / 或其 它可视装置来提供。 触觉元件可以例如通过超低频扬声器、 振动器、 触觉刺激器、 触觉垫、 模 拟器、 键盘、 小键盘、 鼠标、 跟踪球、 操纵杆、 游戏键盘、 操纵轮、 触垫、 触板、 定点装置和 / 或 其它触觉装置等等来提供。
用户接口可以包括一个或多个文本元件， 诸如一个或多个字母、 数字、 符号等等。 用户接口可以包括一个或多个图形元件， 诸如图像、 照片、 图画、 图标、 窗口、 标题栏、 面板、 工作表、 标签、 制图、 矩阵、 表、 表格、 日历、 大纲视图、 框架、 对话框、 静态文本、 文本框、 列表、 选项表、 弹出式列表、 下拉列表、 菜单、 工具条、 平台、 复选框、 单选按钮、 超链接、 浏览器、 按钮、 控件、 调色板、 预览面板、 彩色转盘、 刻度盘、 滑动块、 滚动条、 光标、 状态栏、 分档器 （stepper） 和 / 或进度指示器等等。文本和 / 或图形元件能够用来对下述进行选择、 编程、 调整、 改变、 规定等等 ： 外观、 背景色、 背景风格、 边界风格、 边界厚度、 前景色、 字体、 字形、 字号、 对齐方式、 行距、 缩进、 最大数据长度、 有效性、 询问、 光标类型、 指针类型、 自动尺寸缩 放、 位置和 / 或维度等等。 用户接口可以包括一个或多个音频元件， 诸如 ： 音量控制、 音调控 制、 速度控制、 声音选择器和 / 或用于控制音频播放、 速度、 暂停、 快进、 倒退等等的一个或 多个元件。用户接口可以包括一个或多个视频元件， 诸如控制视频播放、 速度、 暂停、 快进、 倒退、 放大、 缩小、 旋转和 / 或倾斜等等的元件。用户接口可以包括一个或多个动画元件， 诸 如控制动画播放、 暂停、 快进、 倒退、 放大、 缩小、 旋转、 倾斜、 颜色、 密度、 速度、 频率、 外观等 等的元件。用户接口可以包括一个或多个触觉元件， 诸如应用触觉刺激、 推动、 按压、 振动、
运动、 位移、 温度等等的元件。
在某些示例性的实施例中， 借助于一个或多个用户接口 3600、 诸如图形用户接口， 用户能够提供所期望的运动曲线。
图 4 是示例性的典型的所期望运动曲线 4000 的图， 该运动曲线 4000 是按照所期 望的脉冲频率与时间比较来进行描述的。这样的曲线可以被用于工业中， 以便描述例如确 定工具位置的电动机的速度， 其中传送给运动系统的脉冲频率控制转速。现今用在工业中 的典型的运动系统具有从每转 200 个脉冲到每转 200000 个脉冲的比例因数。从最小频率 到最大频率的典型加速时间能够从几毫秒变化到高达许多秒。 实际的运动对象往往要移动 特定的距离， 该特定的距离被表示为特定的脉冲数， 同时满足有关加速的约束条件以及加 速度的变化。有关加速的约束条件和加速度的变化可能具有许多的促动因素中的任何一 个， 这些促动因素包括 ： 控制电动机的转矩负载， 限制传动系统上的磨损， 防止对工具、 工件 和 / 或所处理的材料的损坏， 和 / 或限制噪声等等。由说明性曲线的弯曲部分表示的加速 度的受控变化可能被包含或可能不被包含在特定的应用中， 但是却日益得到重视， 因为用 户谋求更高速的运动而不引入破坏性的震动。
由图 4 中的曲线表示的运动能够随着 0 和某一最小有限频率之间的突然变化而起 动和停止。这可能是系统性质最低限度所需的， 因为频率可被表达为一系列有限宽度的脉 冲。此外， 典型的电动机具有例如为最高额定速度的 5% 或 10% 的最低起动和停止速度， 在 所述最小值以下， 电动机可能会停转或不规律地运行。在最初变到最低起始频率的步骤之 后， 加速度能够平滑地增加到某一最大量， 然后能够平滑地减少到零， 从而在曲线的顶部达 到恒定速度， 接下来则是类似的逆过程以平滑地减慢至最低速度并停止。正如在这里使用 的， 因数 df 指的是每单位时间的频率的变化， 而因数 ddf 描述了每单位时间的 df 的变化。 也就是， df 表示加速度， 而 ddf 表示加速度的变化率。 在运动曲线 4000 内可能是许多种状态 4100-4900， 所述状态可以由一个或多个线 段组成， 并且能够按如下来描述所述状态 ： 4100: 以某一最低的非零起始频率开始运动 ； 4200: df > 0 和 ddf > 0， 频率 （fn+1 = fn+df） 和加速度 （dfn+1 = dfn+ddf） 正在增加， 其以按 df 规范的时间间隔部分中规定的规则间隔 tn 来更新 ； 4300: df > 0, ddf = 0， 频率正以恒定加速度增加 ； 4400: df > 0, ddf < 0， 频率正在增加， 但是加速度正在降低 ； 4500: df = 0, ddf = 0， 频率恒定 ； 4600: df < 0, ddf < 0， 频率正在降低， 加速度是负的并且幅度在增大 ； 4700: df < 0, ddf = 0， 频率正在降低， 加速度是恒量 ； 4800: df < 0, ddf > 0， 频率正在降低， 加速度是负的并且幅度在降低 ； 和 4900: 运动达到某一最终的最低频率， 然后停止。
每个线段的参数能够独立地加以规定或根据前一段加以维持。 这个示例有意是不 对称的， 以便说明线段描述的灵活性。 线段的数量可以是可无限扩展的， 并且能够从某一外 部存储器中加载。术语 “线段” 指的是由来自于流水线寄存器的单个负载控制的曲线的一 部分， 而不论该曲线是否是直的。
尽管图 4 表示起动、 加速到某一恒定频率、 减速并停止的简单的运动曲线， 但是实
际上可能需要并且可能供应更复杂的曲线。 这样的曲线可包括通过插入不同幅度的加速度 而连接的多个恒定速度的间隔， 并且也许包括无限延长的段， 这需要输入到系统的某一外 部信号或外部数据以确定下一步的计时和性质。考虑到应用上的相当大的灵活性， 针对该 曲线的每段的参数都能够独立加以规定， 或根据先前的段加以维持。
图 5 是系统 5000 的示例性实施例的框图， 其可以包括许多组件。 例如， 可以使用起 始频率 （sf） 变量 5110 来确定工作频率 （wf） 变量 5210。增量 （delta） 频率流水线 （dfh） 变 量 5120 能被用来确定增量频率 （df） 变量 5220。双增量 （delta delta） 频率流水线 （ddfh） 变量 5130 能被用来确定双增量频率 （ddf） 变量 5230。比较流水线 （cmprh） 变量 5140 能被 用来确定比较 （cmpr） 变量 5430。控制和 / 或状态标志 5150 能够控制状态机 5440 的操作。 加法器 5310 能够给工作频率 （wf） 变量 5210 提供新的值和 / 或给比较变量 5430 提供输入。 加法器 5320 能够给增量频率 （df） 变量 5220 提供新的值。间隔计时器 5330 能够向状态机 5440 提供输入以控制应用加法器 5310 和加法器 5320 操作的速率。除法器 5410 能够从工 作频率变量 5210 和 / 或源频率 5420 中接收输入， 并能够输出可以流向脉宽计数器 5610 的 脉宽变量 5510。
在各种示例性的实施例中， 能够提供下列特征中的任何一个 ： 1. 脉冲发生器， 其通过以规则的规定间隔对规定的频率添加或减去规定的频率增量 来产生频率相对于时间的线性变化 （加速度） ， 继之以除法器机制， 其将频率规范转换为脉 宽规范， 继之以脉宽生成器， 其根据脉宽规范通过对固定基准频率的时钟进行计数产生所 期望的脉冲输出 ； 2. 脉冲发生器， 其通过以规则的规定间隔对规定的频率增量添加或减去规定的加速 度增量来产生加速度相对于时间的线性变化， 继之以用于计算新规定的频率的机制， 并且 后续是如第 （1） 项中所述的除法器和脉宽生成器机制 ； 3. 如第 （1） 项或第 （2） 项中所述的脉冲发生器， 其配备具有控制状态机的流水线数据 寄存器， 以便频率、 频率的变化和加速度的变化这一系列的规范都可以被加载和执行而不 间断脉冲输出， 每个规范 （线段） 的持续时间都是由所计数的脉冲数来控制的 ； 4. 如第 （1） 项或第 （2） 项中所述的脉冲发生器， 其配备具有控制状态机的流水线数据 寄存器， 以便频率、 频率的变化和加速度的变化这一系列的规范都可以被加载和执行而不 间断脉冲输出， 每个规范 （线段） 的持续时间都是通过达到规定的频率目标而终止的 ； 5. 如第 （1） 项或第 （2） 项中所述的脉冲发生器， 其配备具有控制状态机的流水线数据 寄存器， 以便频率、 频率的变化和加速度的变化这一系列规范都可以被加载和执行而不间 断脉冲输出， 每个规范 （线段） 的持续时间都是由来自于任意的外界事件的命令而终止的 ； 6. 如第 （1） 至第 （5） 项中所述的脉冲发生器， 其配备用于中断所计划的规范系列以用 新的规范 （如例如紧急停机序列） 来代替而不间断脉冲输出的装置 ； 7. 如第 （1） 项或第 （2） 项中所述的脉冲发生器， 其包括更新间隔计数器和已编码的间 隔规范， 所规定的间隔的持续时间控制对频率和加速度的递增加法的重复， 并由此与增量 大小一致地控制频率和加速度的变化率。 具有大范围间隔选择的可编程间隔的使用扩展了 可以利用给定的频率的精度、 加速度的精度和定点格式的递增变化规范来控制的斜率 （频 率或加速度的变化） 的范围 ； 8. 脉冲发生器， 其组合了第 （3） 项、 第 （4） 项、 第 （5） 项、 第 （6） 项中的 2 个或多个特征，具有能够以任意顺序来混合规范特征的数据寄存器流水线和状态机逻辑 ； 9. 脉冲发生器， 其组合了第 （3） 项、 第 （4） 项、 第 （5） 项、 第 （6） 项的 1 个或多个特征， 配备有识别序列的最后一步并在最后的规范结束时精确地停止脉冲列输出的装置 ； 10. 脉冲发生器， 其包括如上面第 （6） 项中所述的用于检测初期的数学误差并中断所 计划的规范系列以用新的规范 （例如， 紧急停机序列） 来代替的装置 ； 11. 脉冲发生器， 其包括如上面第 （6） 项中所述的用于检测所提供数据的不足 （流水线 欠载运行） 并中断所计划的规范系列以用新的规范 （例如， 紧急停机序列） 来代替的装置 ； 12. 集成电路中的第 （1） 项至第 （11） 项中任何一项的实施 ； 13. 在可编程逻辑控制器中包括第 （1） 项至第 （11） 项中任何一项 ； 14. 在具有通用处理装置和通信装置的集成装配中包括第 （1） 项至第 （11） 项中任何 一项， 这允许由借助于网络或其它通信介质所发出的通用计算程序或命令来控制所述功 能； 15. 在具有通用处理装置和通信装置的集成电路中包括第 （1） 项至第 （11） 项中的任 何一项， 这允许由借助于网络或其它通信介质所发出的通用计算程序或命令来控制本发明 的功能 ； 16. 与第 （1） -（11） 项的脉冲发生功能结合地使用与通用处理装置集成的多功能高速 计数装置， 以便在受控频率脉冲列操作的无限延长的序列上监控绝对和相对位置 （脉冲计 数） ； 和/或 17. 利用如上所述的脉冲发生器系统的可选时钟输入频率的使用， 所述脉冲发生器系 统是作为扩展可以利用给定数据宽度寄存器和运算元件而被处理的脉冲频率的有用范围 的装置。
在某些示例性实施例中， 可以将脉冲列生成功能包含在集成电路中， 所述集成电 路具有通用处理器、 通用通信电路、 用于对脉冲列生成功能产生的脉冲进行计数的可编程 高速计数器和 / 或其它便于可编程逻辑控制器的实施例的专用电路。脉冲生成功能的输出 能够被耦合到可编程逻辑控制器的离散输出， 所述可编程逻辑控制器可以是晶体管、 光耦 合晶体管、 继电器和 / 或其它将脉冲作为适合于各种终端接收机的电信号加以传送的开关 器件。
下列说明为了清楚起见假定具有示例性描述的数据格式的特定示例性寄存器中 的特定示例性实施方式， 所述数据格式对于用于操纵和检查的通用处理器而言是可存取 的。在这个示例性实施例中由通用处理器执行的动作是说明书中的 “处理器” 所引起的。
就频率和每单位时间频率的变化而言， 线性斜坡脉冲列输出 （lpto） 系统能够允许 脉冲列的规范。操作模式可以如下 ： 主要操作模式 ： run_steps_n : 针对规定的脉冲数， 从规定的频率开始运行， 并以每单位时间规定的 速率改变所述频率。在脉冲计数结束时， 加载新的步骤 （step） 规范。
run_steps_f : 从规定的频率开始运行， 并以每单位时间规定的速率改变所述频 率， 直到达到规定的频率目标。一获得规定的频率， 就加载新的步骤规范。
run_continuous : 以恒定频率运行无限的时间。
过渡状态 ：异常中止 : 由于异常中止命令或某些错误事件而进入异常中止状态。 异常中止模式停 止任何进行中的频率变化， 并且使流水线加载或状态过渡失效。用于适度停机的可靠设置 是可能的， 或可以仅仅命令所述单元停止。
last_step_n : 针对规定的脉冲数， 从规定的频率开始运行， 并以每单位时间规 定的速率改变所述频率。在脉冲计数结束时停止。
last_step_f : 从规定的频率开始运行， 并以每单位时间规定的速率改变所述频 率， 直到达到规定的频率目标。一获得规定的频率就停止。
规定所述操作的数据寄存器是 ： 起始频率 (sf): 第一频率值， 其将用于生成脉宽规范。
工作频率 (wf): 当前所使用的频率。
源频率 (src_f) : 通常设置为系统时钟频率。系统时钟中的输出脉冲宽度 = 整 数 （src_f/wf） 。
增量频率 (df): 这被存储为包括幅度值以加到工作频率上的合成值和规定进行 加法的间隔的比率值。这个寄存器是由固件通过加载 dfh （增量频率流水线） 来访问的。带 符号的加法 wf < = wf + df_magnitude， 当 df 保持恒定时， 其按规则的计数时钟间隔进行 重复提供了频率随时间的线性变化。大范围的间隔选择允许 wf+df_magnitude 的定点计 算， 以覆盖非常宽范围的所期望的频率斜率。
频率的增量变化 （ddf） ： 与 df 寄存器的幅度和符号部分的格式相同， 并且是由固 件通过加载 ddfh（双增量频率流水线） 来访问的。带符号的加法 df < = df + ddf， 其按规 则的计数时钟间隔进行重复提供了加速度相对于时间的线性变化。在当前的实施方式中， df 和 ddf 寄存器都是按相同的调度来更新的。ddf 寄存器更新的可选调度也是可能的。
比较 (cmpr): 在 run_steps_n 中， 这个寄存器对脉冲进行计数。在 run_steps_f 中， 这个寄存器包含所期望的终点频率的值。这个寄存器是由固件通过加载 cmprh （比较寄 存器流水线） 来访问的。
模 式 : 正 常 操 作 模 式 的 已 编 码 的 规 范 : run_steps_n、 run_steps_f、 run_ continuous、 last_step_n、 last_step_f。这个代码实际被嵌在 df/dfh 寄存器的 32 位字段 中。当 df < = dfh 时， 检查新的代码并确定新步骤的工作模式。固件可以查询 df 寄存器 中的模式位以核实当前的工作状态。
脉宽 (pw): 仅仅为诊断使用而进行的读取， 包含系统时钟中的当前使用的脉宽 值。
控制 / 状态标志 : 运行 : 运行 / 停止。
异常中止 : 固件命令进入异常中止模式， 保持频率恒定并阻塞流水线加载。在 add_error 的情况下， 固件设置此位以确认对 add_error 的认识和确认所述 lpto 已经自动 进入异常中止模式。
run_ack : lpto 正在运行的状态机确认。
abort_ack : lpto 已经注意到异常中止位断言并处于异常中止模式的状态机确 认。
active_pulse : 脉冲被提交或在进行中的指示符。 主要是在序列的末尾有用， 在所述序列中 active_pulse 的否定表示所述序列结束。
pipe_loaded : 表示某一管道寄存器 （sf、 dfh、 cmprh） 被加载。pipe_loaded 的 否定发信号通知固件需要新信息以继续线性 pto 序列。
add_error : 表示 lpto 已经遇到某一状况， 该状况使得频率中的进一步自动变化 变得有问题。 通用术语 add error 包括 ： 所有可能被检测到并被报告的数学错误、 数据格式 错误和流水线状态错误。一 add_error， lpto 就自动地进入异常中止模式。
传送流水线命令 (xfr_pipe) : 写入 xfr_pipe 地址使得 lpto 状态机加载分频器 并且准备好产生新序列的第一脉冲。 用于从空闲的状态下起动机器或获得新的规范以保留 run_continuous 状态。
基本操作 处理器加载 src_f、 即可以用来按计数时钟的数目测量脉宽的系统时钟的频率。假定 src_f 对于全部的运动保持恒定。src_f 对于系统而言可以是固定的， 或被提供作为某个可 选时钟源。
处理器依照要求加载剩余的数据流水线寄存器 wfh、 dfh、 ddfh 和 cmprh， 并且写入 xfr_pipeline 命令以加载工作寄存器 wf、 df、 ddf、 cmpr。典型地， 流水线寄存器现在是利 用为下一个线段准备好的第二组数值来写入的。 初始的工作频率规范 wf 被加载到除法器中。所述除法器通过用除法 src_f/wf 来 确定第一脉宽规范。除法结果被加载到缓存的脉宽规范寄存器 pw 中。
一起动命令， 脉宽计数器就获取 pw 的值， 并开始通过计数时钟来产生脉冲。每个 输出脉冲对于规定的 pw 计数的近似一半是高的， 而对于剩余的 pw 计数是低的。在每个 pw 计数结束时， 从除法器中取出新的缓存的 pw 的值， 并且数清另一个脉宽。
在数清脉宽的同时， 按照 df 寄存器的时间规范部分规定的， 将间隔计时器标记为 更新事件。在每个更新事件上， 给 wf 加载以 wf + df 的新值， 给 df 加载 df + ddf 的新值。 这个 df 和 ddf 以等间距时间递增的规则加法执行下列计算 ： wf = wf (0) + df * 时间 df = df (0) + ddf * 时间 随着缩放积累， 用定点加法来代替乘法。
每个新的频率值 wf 都被加载到除法器中， 该除法器产生新的脉宽技术规范 pw = src_f/wf。 pw 的最新值对脉宽计数器是有效的， 以用来在每个脉冲边界上计时下一个脉冲。 注意 ： 脉宽在序列各处变化， 而更新间隔是固定的。pw 的新值可能出现在一个脉冲期间的 任何时刻， 并且可以在下一个脉冲开始需要新的 pw 之前用更新的值来替代。同步机确保仅 仅将有效的 pw 值传送给脉宽计数器。
这个操作继续， 直到线段的末尾为止。根据操作的模式， 线段的末尾由下列来标 记： 随着 cmpr 寄存器中的递减计数， 结束规定的脉冲数 （run_steps_n 或 last_step_n） ， wf 达到如 cmpr 寄存器中规定的频率 （run_steps_f 或 last_step_f） ， 或 来自于处理器的 xfr_pipeline 命令， 正常脱离 run_continuous 段， 处理器命令异常中止， 错误脱离任何模式。
run_steps_n 或 run_steps_f 段一结束， 就将来自流水线寄存器的新的规范加载
到工作寄存器， 新的线段开始， 并且通知处理器， 以便可以根据需要为另一线段加载新的流 水线寄存器值。它们规范中承载的模式有可能变化的附加线段可以被无限地加载。
last_step_n 或 last_step_f 一结束， 命令脉宽计数器停止在脉冲结束时发出脉 冲， 并且通知处理器过程结束。在它们的规范中承载的模式有可能变化的附加线段可以被 无限地加载。
在 run_continuous 模式期间的 xfr_pipeline 命令使新的线段规范被加载， 这可 以包括模式上的变化。 典型地， 这将是 run_steps_f 线段过渡到新的速度或 last_step_f 段 减速到平滑停止。在它们的规范中承载的模式有可能变化的附加线段可以被无限地加载。
异常中止命令可以作为对内部错误 （例如， 数学运算中的非法结果） 或外部事件 （例如， 较大的可编程逻辑控制系统中意外的停机请求） 的响应来被启动。异常中止命令停 止更新间隔计时器、 除法器和流水线加载的操作， 从而使系统准备好将针对新线段进行设 置。脉宽计数器以所规定的最后一个 pw 值继续发出脉冲， 以便以恒速维持外部的电动机或 其它目标装置。 处理器可以命令立即停止， 或更加典型地， 在流水线寄存器中加载新线段规 范并且执行 xfr_pipeline 命令以启动新的段。新线段可以平稳过渡到新的工作点或平稳 减速直到停止。
lpto 状态机的状态变化能够由下列简化代码来加以描述 ：注意 ： 当读取包含 “无关” 位 （x） 的寄存器时 , 那些 “无关” 位 （x） 总是归 0。通过阅读上述详细说明和某些示例性实施例的附图， 还有其它实施例对于本领域 机技术人员而言将容易变得显而易见。应当理解的是， 许多的变形、 修改和附加的实施例 都是可能的， 所以， 所有这类变形、 修改和实施例都将被视作处于所附权利要求的精神和范 围之内。例如， 不管本申请的任何部分 （例如， 标题、 领域、 背景、 概要、 摘要、 附图等等） 的内 容是什么， 除非相反地清楚地规定， 否则都不需要在本申请的任何权利要求中包括任何特 定描述或说明的动作或元件、 任何这类动作的特定序列、 或任何这类元件的特定的相互关 系。此外， 任何动作都能被重复， 任何动作都能由多个实体来执行， 和 / 或任何元件都能被 复制。此外， 任何动作或元件都能被排除， 动作的序列能够改变， 和 / 或元件的相互关系能 够改变。 所以， 实质上要把所述说明和附图视作为说明性的， 而不是限制性的。 此外， 当在这 里描述任何数量或范围时， 除非另有清楚地阐明， 否则那个数量或范围就是近似的。 当在这 里描述任何范围时， 除非另有清楚地阐明， 否则那个范围就包括在其中的所有值以及在其 中的所有子范围。在这里已引入作为参考的任何材料 （例如， 美国专利、 美国专利申请、 书、 文章等等） 中的任何信息， 其仅仅是被引入作为参考， 从而在这类信息与这里所阐述的其它 陈述和附图之间不存在矛盾。 倘若这类矛盾存在， 包括将使权利要求无效的矛盾， 那么就明 确地将所引入作为参考的材料中的任何这类矛盾信息在此不引入来作为参考。