基于ARM的步进电机的细分驱动_图文

1、基于 ARM 的步进电机细分驱动设计班级:自动化 0905班组员:王娟娟 魏智 李飞 赵金峰摘要 步进电机是一种将电脉冲信号转换成响应角位移或线位移的的机电元 件,在机电及自动化领域有着广泛的应用。其具有控制简单、误差不累积、电机 结构简单、 可靠性高等特点, 在开环控制领域有着越来越重要的应用前景。 步进 电机系统的性能主要取决其驱动方法。本设计采用 Arm7系列的芯片 LPC2131和步进电机细分驱动技术,实现通过按键控制步进电机 28BYJ 48实现正转、 反转和调速功能的功能,要求通过 4个 GPIO 发出有序的矩形脉冲,控制驱动芯 片 ULN2003驱动四相步进电动机,并通过 LCD

2、12864同步显示运行状态。 关键词 步进电机 28BYJ 48 细分驱动 ARM 系统一.方案设计与论证1.1方案设计步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。电机的转 速、 停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数, 而不受负载变化的影响, 即 给电机加一个脉冲信号, 电机则转过一个步距角。 本次课程设计所设计的步进电 机的控制系统可通过键盘设定转速和方向,并能显示转速。1.2方案论证 开始时,开关 SB 接通电源, SA 、 SC 、 SD 断开, B 相磁极和转子 0、 3号齿对 齐,同时,转子的 1、 4号齿就和 C 、 D 相 绕组磁极产生错齿, 2、 5号齿就 和

3、 D 、 A 相绕组磁极产生错齿。 当开关 SC 接通电源, SB 、 SA 、 SD 断开时, 由于 C 相绕组的磁力线和 1、 4号齿之间磁力线的作用,使转子转动, 1、 4号齿 和 C 相绕组的磁极对齐。而 0、 3号齿和 A 、 B 相绕组产生错齿, 2、 5号齿就和 A 、 D 相绕组磁极产生错齿。依次类推, A 、 B 、 C 、 D 四相绕组轮流供电,则转 子会沿着 A 、 B 、 C 、 D 方向转动。 四相步进电机按照通电顺序的不同,可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等,但单四 拍的转动力矩小。 八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半, 因此

4、, 八拍 工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。二.硬件电路2.1 整体电路设计步进电机控制系统共分为四个模块:ARM 模块、控制模块、数码显示模块、步 进电机驱动模块。ARM 最小系统主要由复位电路和时钟电路组成。复位电路为 ARM 系统提供可 靠复位,使 ARM 能正常启动。时钟电路采用外部时钟方式,保证 ARM 个功能 部件都是以时钟频率为基准, 有条不紊地一拍一拍地工作。 步进电机驱动模块选 用八 NPN 达林顿连接晶体管 2003为步进电机提供脉冲信号, 驱动步进电机转动。 2.2 ARM微处理器LPC2131是基于一个支持实时仿真和跟踪的 16/32位 ARM7TDM

5、I-STM CPU ,并带有 32kB 嵌入的高速 Flash 存储器, 128位宽度的存储器接口和独 特的加速结构使 32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格 控制的应用可使用 16位 Thumb 模式将代码规模降低超过 30%,而性能的损 失却很小。但是由于 LPC2131的 GPIO 驱动能力有限,必须通过 ULN2003达林顿集成驱动芯片驱动步进电机,在步进电机和驱动电路间连接了电阻,防止控制紊乱而造成的电机损坏。 LPC2131是小型 LQFP64 封装的 32 位 ARM7TDMI-S 微控制器。具有 8KB 片 内静态 RAM 和 32KB 片内 Flash 程序存储

6、器 128 位宽度接口 / 加速器实现高 达 60MHz 的操作频率。 由于 LPC2131具有较大容量的 RAM 和片内 Flash 程序 存储器 因此一般不需要进行存储器扩展。 LPC2131可使用外部晶振或外部时钟源 内部 PLL 电路可调整系统时钟 使 系统运行速度更快 CPU 最大操作时钟为 60MHz 。 倘若不使用片内 PLL 功 能及 ISP 下载功能 则外部晶振频率范围是 1MHz 30MHz 外部时钟频率 范围是 1MHz 50MHz 若使用了片内 PLL 功能或 ISP 下载功能 则外部 晶振频率范围是 10MHz 25MHz 外部时钟频率范围是 10MHz 25MHz

7、。 本 设计中使用了外部 11.0592MHz 晶振 电路如图 1.5所示。 用 11.0592MHz 晶振 的原因是使串口波特率更精确 同时能够支持 LPC2131 微控制器芯片内部 PLL 功能及 ISP 功能。 电路图如下 带中文字库的 128X64 是一种具有 4 位 /8 位并行、 2 线或 3 线串行多种接,口方 式,内部含有国标一级、二级简体 中文字库的点阵图形液晶显示模块;其显示 分辨率为 128×64, 内置 8192 个 16*16 点汉字, 和 128 个 16*8 点 ASCII 字符 集 . 利用该模块灵活的接口方式和简单、 方便的操作指令, 可构成全中文人

8、机交互图 形界面。 可以显示 8×4 行 16×16 点 阵的汉字 . 也可完成图形显示 . 低电压低功耗 是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶 显 示模块相比, 不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多, 且该模块的价格也略 低 于 相 同 点 阵 的 图 形 液 晶 模 块 。 功率电子电路大多要求具有大的电流输出能力,以便于驱动各种类型的负 载。 功率驱动电路是功率电子设备输出电路的一个重要组成部分。 ULN 的回 路电阻是 2.7K ,输入 5V ,输出 12V 。 图 ULN2003功能框图 说明如下:1. ARM 接受按键信息,改变系

9、统内部变量值。2. ARM 输出脉冲信号,控制步进电机转动。ULN2003及 LPC2131及步进电机接口图 三.软件设计 系统上电复位后, 先调用初始化子程序, 对步进电机各端口,相关参数进行初始化。初始化完成后,步进电机处于停止状 态,然后循环扫描按键是否被按下。如果检测到有按键被按 下,先软件去抖动,确定被按下后则执行相应的子程序,然 后返回,继续执行主程序。四.总结李飞心得体会 :ARM 作为我们的主要课程之一,但起初我们对这门课并没有什么兴趣,觉 得那些程序枯燥乏味,但在这次课程设计后我发现自己在一点一滴的努力中对 基于 ARM 的步进电机的细分驱动 ARM 的兴趣也在逐渐增加。 在

10、为期两周的课程设计中， 我感触最深的当属查阅大量的资料了。为了让自 己的设计更加完善， 查阅这方面的设计资料是十分必要的， 同时也是必不可少的。 我们做课程设计，一切都要有据可依，有理可寻。 课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻 炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学 技术发展的日新日异，嵌入式计算机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领 域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握嵌入 式计算机的开发技术是十分重要的。 回顾起此次 ARM 课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从 理论到实践，在

11、整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多 很多的的东西， 同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本 上所没有学到过的知识。 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重 要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来， 从理论中得出结论， 才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立 思考的能力。在设计的过程中遇到很多问题，尤其是在程序这块，我们本来就对 编程不感冒，这次的课程设计更可以说是困难重重，这次课程设计之后，我们一 定要把以前所学过的知识重新温故。 这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在李老 师

12、的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在李老师的身上我学得到很多实用的知 识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示 忠心的感谢！ 魏智心得体会： 做了两周的课程设计， 有很多的心得体会，在这过程当中遇到了很多实际性 的问题， 在实际设计中才发现， 书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一 定的出入的， 所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思 维。 一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，而在解决的过程当中你会发现自己 在飞速的提升。对于教材管理系统，其程序是比较简单的，主要是解决程序设计 中的问题， 而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的

13、逻辑思维和 创新能力， 它才是一个设计的灵魂所在。因此在整个设计过程中大部分时间是用 在程序上面的。 很多子程序是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关 键的问题所在， 这需要对系统的结构很熟悉。因此可以说系统的设计是软件和硬 件的结合， 二者是密不可分的。 通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之 处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑， 经过一番努力才得以解决。 这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以 后的学习产生积极的影响。 其次， 这次课程设计让我充分认识到团队合作的重要性，只有分工协作才能 保证整个项目的有条不絮。 另外在课程设计的过程中

14、，当我们碰到不明白的问题 时，指导老师总是耐心的讲解，给我们的设计以极大的帮助，使我们获益匪浅。 因此非常感谢老师的教导。 王娟娟的心得 通过这次设计， 我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重 基于 ARM 的步进电机的细分驱动 要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的 榜样。我觉得作为一名自动化专业的学生，这次课程设计是很有意义的。更重要 的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。虽然自己对于这门课懂的并不 多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过 自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的“学习”，在小组同学的帮助和讲解下，

15、渐 渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣， 自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄 懂它。我认为这个收获应该说是相当大的。一开始我们查了好多的资料，但是毕 竟是参考书，做到后来发现很多程序都是不完整的，这让我们伤透了脑筋。设计 这种东西最后还是要靠自己动脑筋。然后我们大家一起齐心协力，从平时做的实 验老师上课的举例书本上的知识以及老师的辅导和其他同学的帮助下终于 完成了。 应该说这是通过我们小组成员的共同努力和动脑完成的，虽然内容并不 是很复杂，但是我们觉得设计的过程相当重要，学到了很多，收获了很多。我觉 得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程， 但是更远一点可以联系到以 后毕业之后从学校转到

16、踏上社会的一个过程。小组人员的配合相处，以及自身 的动脑和努力，都是以后工作中需要的。所以我认为这次的课程设计意义很深， 和其他 3 位同学的共同学习配合努力的过程也很愉快， 另外还要感谢老师的 耐心辅导。 赵金峰总结: 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从 事职业工作前一个必不少的过程本次的课程设计，培养了我综合应用理论知识 和理论联系实际的能力。 本次试验的目的就是以 ARM 为控制器控制 28BYJ-48-5VDC 步进电机， 以实现 电机的正转(单四拍、双四拍、单双八拍、反转、停止等功能,并且还需要用液 晶显示器显示步进电机当前的运动状态。 通过本次课程设

17、计使我了解了各个元气 器件的型号和作用，如步进电机是四相五线式减速电机、ULN2003 作用是驱动步 进电机旋转、 液晶显示器的型号是 12864.并且这次课程设计也使我更熟悉了 ARM 开发板上的个引脚的连接与作用。 在程序方面我们所使用的程序并不是自己独立 编写完成， 而是我们在别的程序上按照我们题目的任务进行修改完成的，虽然是 修改但是我们也付出了很大的努力去理解原程序并进行改进， 比如说如何实现通 过按键来改变步进电机的运行状态， 如何实现 12864 液晶显示器显示步进电机的 运行状态等。 通过这次为期两周的课程设计，在不断的失败和努力中，锻炼了我们的动手 能力， 培养了团队协作及永不放弃的精神，使