【基于单片机的某步进电机控制系统的硬件和软件设计案例5200字】

目录 1 1 1 3 4 7 8 1 个I/O接口电路、一个计时器/计数器、一个串行通信接口、一个中断控制器等由英特尔公司于1981年推出。现在许多新型的单片机也属于8051系列，但是它们在8051单片机的基础上加强了一些功能。1983年是单片机快速发展的时期。在此期间，以MCS-96系列为代表的16位微控制器被发明。16位单片机技术先问世后不久，几家大公司不断地推出具有更高性能和技术卓越的32位单片机。他们有一个非常高的集成水平，并使用新的RISC(减少指令数)。与其他单片机兼容，主频可达300MHz以上，对指令系统进行了进一步优化，运行速度可动态改变，没有高级语言编译器，并具有强大的中断控制系并有同步和异步通信控制系统。这种类型的微控制器主(1)具有较高的可靠性(2)性价比超高用8位部件，可尝试不使用16位部件，可使用中间部件，不可使用中间部件。(3)操作简易，便于维护SCM用户的使用通常是对的，因此在设计时应(4)可扩展性强本文主要是将STM32F103C8T6单片机作电机控制系统中。采用LQF48管脚对STM32F103C8T6进行封装，工作电压2V~1.6V,工作温度40~85摄氏度，采用64kb闪存、8kb静态存储器和2个十位ADC等丰富的外部资源，可以有效地降低本系统的硬件成本，避免对资源的浪费。STM32F103C8T6芯片实物图如图1.1所示。它的最小系统主要包括STM32单片机，时钟电路，电源管理电路，JTAG电路，复位电路等，其中STM32时钟可通过内部晶振提供或外接时钟电路产生，明望明望8留rr11.2电源电路设计按照步进电机控制系统对激光旋转加工的要求，激光控制接口板采用5V电源电压，由于高压电路中预留了220V电源接□,因此采用12V直流电源适配器将电源电路转换成5V直流输出的方法较为合理。采用MP2359DC/DC转换器设计了一个12V-5V直流电源。电源电路如图1.3所示。宁宁亭85*85自锁开关C113265443步进电机作为目前国内市场上应用十分广泛的一种控制类型的电机，拥有着控制稳定且较为精准的优点，并且在运行的过程中只存在周期性的误差，不会产生累计误差。其拥有的上述优点得益于其工作原理为在设定了初始转向的情况下每接收到一个脉冲信号步进电机就会转动一定的角度，随着脉冲频率的增加，步进电机的旋转速度增大。尽管步进电机具有其他电机所没有的精确定位功能，但是由于步进电机本身的特点，它还存在失步、噪声大等问题。为解决这些问题，目前常用的是分片驱动法。对步进电机细分驱动而言，其实质是控制励磁线圈内的电流，使其在稳态上升过程中达到稳态中间电流状态，从而使磁场矢量也产生多重稳态中间状态，这一稳态的增加将导致励磁线圈内磁场矢量间的夹角减小，步进电机细分驱动的实质是通过此夹角进行控制。马达在接收到非细分脉冲时，仅在马达接收到1/2度的细分脉冲时，马达才会转动2/2为保证激光旋转加工的步进电机驱动芯片的稳定性和整合性，可在150摄氏度的高温下工作，作为步进电机的驱动芯片能耗较小，结构简单，可支持整步、1/2、1/8、1/16细分等细分驱动方式，还可通过配置相应的插头来设置电流衰减方式，并可控制电流值百分比。TB651TB65357 OUT_APNFAU12_5VTQ1和TQ2分别连接STM32F103C8T6步进电机微处理器的PB4和PB5引脚，负责控制电流值的百分比。本文将TQ2设置为0,TQ1设置为1,因此当前值为50%。CLK与步进电机微处理器的PB6引脚相连，负责控制脉冲输入，从而控动微电路的开启。RESET连接到步进电机微处理器的引脚PB8,负责驱动微电和M2同时调高，使其以1/8的分段驱动方式运行。在这段时间内，当它接收到1600个脉冲时，电机将只旋转一次。CW/CCW与步进电机微处理器的PB9引112A53434567专图1.5施密特反向触发器电路原理图由于驱动IC的工作电压为5V,微处理器的工作电压仅为1.3V,导致微处理器发送的信号不足以驱动TB6560AHQ。为了解决这个问题，本节在它们之间连接一个74HC140施密特逆触发器，以增加信号控制，如图1.5所示。施密特逆VCC74HC140芯片连接5V电源。如果A1引脚是1.3V高，Y1引脚输出0低。反之亦然，如果A1引脚输入0V低，Y1引脚输出5V高。添加施密特逆触发器增加了微处理器的控制能力，允许它驱动TB6560AHQ芯片，运行正常稳定。OUTBM²图1.6电机驱动信号输出电路原理图电机驱动信号输出电路原理图如图1.6所示。TB6560AHQ电机驱动IC产生OUT_BM2和OUT_BP2作为B相功率桥输出到步进电机，共同控制步进电机运(1)主控制器存储模块内存块相关闪存，速度类是第10类，它对应于控制系统用于订单数据的内存容量。当连接到微控制器时，选择SPI模式，如图1.7所示。一共有4条传输线，分别用于SD卡上电、数据输入、数据输出和SD卡定时输入。55914SD卡R13223678NCS图1.7SD卡存储模块电路(2)从运动控制器存储模块片来存储光电传感器返回的位置和方向信息。具体的布局如图1.8所示。该芯片属于EEPROM,在使用过程中可以频繁擦除使用方便，适合本文开发的控制系统。18765234图1.8EEPROM存储模块电路耐压高的特点。它将一些超过1.3V的外部高电平按钮输入电压转换为微控制器引脚所需的1.3V。具体布局如图1.9所示。8765B按键1+按键1-NCNC0.1uF342图1.9输入信号光电耦合电路TLP250光耦是设计控制器输出信号解耦电路的主要器件。它将单片机输出的1.3V控制信号转换成24V控制信号来控制步进电机驱动器。电路如图1.10所示。隔离电压达到2500v。当系统运行时，系统的运行速度有一定的限制。控制信号的传输频率不超过100khz,设备高达2mbps的转换速率满足系统输出信号1NCVCC4GND24V765238__图1.10输出信号光电耦合电路激光旋转加工步进电机控制系统主程序的功能是完成系统运行环境各模块的初始化，包括系统时钟的初始化。本文所使用的系统工作频率为48mhz;对ADC模块进行初始化，本文将ADC模块的工作模式设置为自动扫描转换，4个采样通道，时钟由系统时钟产生；初始化振荡器模块，基本设置PWM工作模式。输出和循环控制。初始化UART串□通信，设置发送和接收端口、波特率等参数[11]。此外，还包括获取主机信息、读取拨码开关参数、中断软呼叫等功能。初始化后，CCU8中的计时器也开始运行。在主程序中，调用相应的串行通信功能，对上位机发送的信息进行处理，判断是否有中断响应。开始开始YN图2.1主程序流程图激光旋转加工步进电机控制系统的软件控制算法主要由主程序和中断程序实现。本文的主要功能在PWM中断程序中实现，包括速度计算功能，如图2.2,两相SVPWM控制功能，如图2.3、闭环控制算法功能，如图2.4。坐标变换，将两相电流，通过坐标与两相步进电机在旋转坐标系中转换为正交轴电流。电机的正交轴在旋转坐标系下。通过坐标将电压转换回实际电压；闭环控制算法：将参考转速与实际反馈转速进行比较，将差值注入速度控制器，其输出作为定子电流与采样后的交轴分量进行坐标变换。将当前差值输入当前控制器；SVPWM两相算法，将实际电压输入到两相SVPWM模块，输出PWM占空比，并实时改变占空比来控制MOSFET的通断，从而控制两相步进电机的运行[121。序开始开始输入转速返回图2.3闭环控制算法流程图ADC中断主要负责对电机相电流和母线电压的采样后的模数转换和坐标变开始开始返回本文使用的串口通讯是基于Modbus-RTU通讯协议下的，图2.5为其数据帧处理的流程图。NYN时间YYYNNY图2.5通信数据处理流程图(1)步进电机闭环反馈的精确控制在步进电机软件开发过程中，利用定时器控制PWM脉冲的个数和频率，实现了对步进电机的精确控制。改进后的处理步骤速度图如图2.6所示。图2.6加工阶段速度示意图如图所示，本文将整个处理活动大致分为5个步骤：1.启动：为减少丢失步数，电机在启动过程中应缓慢加速。2.平稳加速：在接触工件之前，为防止与工件剧烈碰撞，加速度相对稳定。1.快速加速：与工件接触后，为提高整体加工速度，进入快速加速阶段。2.高速模式：加速阶段结束后，进入高速运行模式。5.突然减速：为了避免强烈的噪音和振动，需要快速减速，降低步进电机的运行速度13。开始开始解析主控指令驱动步进电机定时器使能设定转向与A=0定时器发送PWM脉冲脉冲数>=是阶段值A++否是光电检测是定时器失能步进电机复位结束到初始位置此阶段没有运行结束定时器持续发送设置新的PWM脉冲频率设置新的溢出否图2.7步进电机闭环反馈控制流程图实现步进电机精确控制的软件控制过程如图2.7所示。控制的基本原理是闭环控制，通过软件自主和光电检测装置实现。首先，步进电机系统将分析主控系统发送的命令，打开相应的定时器，设置初始控制，将stage的初始值设为0,然后定时器每隔一定时间发送一个脉冲，直到发送完毕。如果脉冲数大于设置的溢出值，则步长值增加1。如果步进值不大于5,将设置一个新的溢流值和PWM脉冲频率来控制下一个步进的转向角度和速度，以此类推，直到该步进。如果数字大于5,它将跳出循环。接下来，确定本文设计的光电探测器装置是否触发中断。如果没有检测到外部中断，计时器继续发送脉冲。当检测到外部中断时，控制定时器关闭，步进电机到达复位状态14]。(2)电磁振荡器振动幅度的控制业