基于ARM步进电机细分驱动控制设计.doc-资料库

sinat_15777829-7400961-4744300845192805536.doc.pdf-第1页.png

第1页 / 共23页

sinat_15777829-7400961-4744300845192805536.doc.pdf-第2页.png

第2页 / 共23页

sinat_15777829-7400961-4744300845192805536.doc.pdf-第3页.png

第3页 / 共23页

sinat_15777829-7400961-4744300845192805536.doc.pdf-第4页.png

第4页 / 共23页

sinat_15777829-7400961-4744300845192805536.doc.pdf-第5页.png

第5页 / 共23页

sinat_15777829-7400961-4744300845192805536.doc.pdf-第6页.png

第6页 / 共23页

sinat_15777829-7400961-4744300845192805536.doc.pdf-第7页.png

第7页 / 共23页

sinat_15777829-7400961-4744300845192805536.doc.pdf-第8页.png

第8页 / 共23页

西安科技大学电控学院课程设计目录 1.设计目的与要求 …………………………………………2 1.1 设计目的 ……………………………………………………………2 1.2 设计要求 ……………………………………………………………2 2.方案设计与论证 …………………………………………2 2.1 设计分析 ……………………………………………………………2 2.2 方案论证………………………………………………………………2 2.3 方案选择………………………………………………………………2 3.硬件电路 ……………………………………………2 3.1 硬件结构………………………………………………………………2 3.2 器件连接说明 ………………………………………………………4 4.软件设计…………………………………………………6 5 调试 ………………………………………………………8 6.结论与心得………………………………………………9 7.参考文献…………………………………………………11 附录程序 ……………………………………………11 - 1 -

西安科技大学电控学院课程设计 1、设计的目的与要求 1.1 设计目的（1）设计通过按键控制步进电动机实现正转、反转和调速功能的电路，要求通过 4 个 GPIO 发出有序的矩形脉冲，控制 UL2003 驱动四相步进电动机。（2）通过课程设计，巩固和加深了对“ARM 嵌入式系统基础教程”课程中所学的理论知识和实验能力，基本掌握计算机接口应用电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力。（3）加深对计算机软硬知识的理解，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。 1.2 设计要求（ 1）用 protel 画出最小系统及外围扩展电路；（ 2）以 ARM 为控制器 , 驱动部分需自己动手制作；（ 3）显示部分可用 12864 或者数码管。 2、方案的设计与论证 2.1 设计分析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。 2.2 方案论证方案一：采用 ARM7 的脉宽调制器 PWM 产生脉冲对步进电机进行控制。方案二：利用定时器定时中断进行步进电机的控制。 2.3 方案选择第一种方案中 PWM 技术是采用脉宽调制技术，即占空比不同的方波电压产生不同的平均电流使步进电机转动，通过调节占空比即可调节电机转速。精确，简单。第二种方案中采用定时器的方式，只需要几条简单的指令就可以产生具有一定频率和数目的脉冲信号，而且在整个脉冲产生过程中，CPU 可用来处理其他工作，大大提高了系统的实时处理能力。考虑到课设时间短和程序的繁简程度我选择了第一种方案。 3、硬件电路 3.1 硬件结构 (1)、硬件电路设计思路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， - 2 -

西安科技大学电控学院课程设计使 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 2803 为步进电机提供脉冲信号，驱动步进电机转动。该模块与 ARM 的 P1.22—P1.25 相连。 (2)﹑按键的连接图图 1 不按下时为高电平，按下时变为低电平。 (3)﹑UART0 特性：管脚描述： - 3 -

西安科技大学电控学院课程设计 (4)、步进电机接口由于 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。 (5)、器件连接说明图 2 （1）在 EasyARM2138 开发板上，当跳线 JP6 分别选择 TXD0 和 RXD0 端时方可进行 UART0 通信实验。（2）KEY1 连接 P0.16；KEY2 连接 P0.17；KEY3 连接 P0.18， KEY4 连接 P0.19， KEY5 连接 P0.20，KEY6 连接 P0.21。（3）步进电机的四个输入端口分别接 EasyARM2131 开发板上 P2.2~P2.5 四个端口。 3.2 器件连接说明（1)、步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图 3 是该四相反应式步进电机工作原理示意图。 - 4 -

西安科技大学电控学院课程设计图 3 四相步进电机步进示意图开始时，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 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，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。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图 4.a、b、c 所示： a. 单四拍 b. 双四拍 c 八拍 2、LCD12864 液晶模块图 4 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 - 5 -

西安科技大学电控学院课程设计口方式，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。图 5 LED12864 液晶原理图 4.总体框图设计总体设计框图如图 2-1 所示：控制模块步进电机显示 LPC2131 电机驱动模块图 6 总体设计框图说明如下： (1) ARM 接受按键信息，改变系统内部变量值。 (2) ARM 输出脉冲信号，控制步进电机转动。 - 6 -

西安科技大学电控学院课程设计 4、软件设计系统软件采用 C 语言编程，程序详情请参见附录。程序的流程图如下：开始 IO 口配置设置 U0LCR 的最高位为 1，设置 U0DLL 和 U0DLM 即波特率的设置。步进电机进入最近一次设定的模式（初始时为模式 0）是否有按键按下是 KEY1 按下？否 KEY2 按下？否 KEY3 按下？否 KEY4 按下？否 KEY5 按下？否 KEY6 按下？否是是是进入模式 0：八拍正转。在液晶屏上显示 0，同时在上位机上显示八拍正转。进入模式 1：八拍反转。在液晶屏上显示 1，同时在上位机上显示八拍反转。进入模式 2：双四拍正转。在液晶屏上显示 2，同时在上位机上显示双四拍正转。是进入模式 3：双四拍反转。在液晶屏上显示 3，同时在上位机上显示双四拍反转。是进行减速。在液晶屏上显示 5，同时在上位机上显示减速。是进行加速。在液晶屏上显示 6，同时在上位机上显示加速。 - 7 -

西安科技大学电控学院课程设计 4、调试按照器件连接说明连接好 EasyARM2131 开发板上的跳线，然后将步进电机与 EasyARM2131 开发板连接上。运行程序，开始调试。在一开始的时候延时程序时间定的太长电机转动很慢。通过修改定时时间，渐渐地电机转动变得明显了。然后测试按键功能时发现，案件的检测不够灵敏，有时候需要按几下才能检测到，后来经过修改延时消抖的时间，将其变短且在每次按下按键时不急于松开而保持一会儿，这样按键检测变得较为灵敏了。在调试中发现：单双八拍和双四拍要比单四拍的转动更加有效。单四拍模式的时候电机只是震动并没有转动，用肉眼观察不到转速的快慢，故最后舍弃了这种模式。调试的最终结果是：程序开始时电机进入模式 0，如果没有按键按下则一直保持模式 0。当有按键按下时，且按键为 KEY1~KEY4 则电机根据不同按键的按下进入不同的转动模式（KEY1 对应模式 0：八拍正转，KEY2 对应模式 1：八拍反转，KEY3 对应模式 2：双四拍正转，KEY4 对应模式 3：双四拍反转）。当按键 KEY5 按下时，电机转速变慢，且随着 KEY5 按下次数的增多电机逐渐变慢直至停止；当按键 KEY6 按下时，电机转速变快，且随着 KEY5 按下次数的增多电机逐渐变快。同时在上位机上可以看见当前的转速。 - 8 -

资料库

基于ARM步进电机细分驱动控制设计.doc

相关推荐

开发技术

热门标签

最新资料