基于A(yíng)RM的步進(jìn)電機控制系統

第二部分是設計該系統的重點(diǎn)——步進(jìn)電機驅動(dòng)電路，采用的是L298N電機驅動(dòng)芯片設計的驅動(dòng)電路。該芯片是SGS公司的美國國家半導體公司生產(chǎn)的。L298N是一個(gè)高電壓，高電流全橋驅動(dòng)電路，其支持TTL邏輯標準電平，是驅動(dòng)步進(jìn)電機的良好方案。其工作的最大電壓可以達到46V，電流可達到4A，具有過(guò)電流保護，低功耗芯片。其有15個(gè)引腳，內含兩個(gè)H橋電路，能夠驅動(dòng)兩個(gè)直流電機和一個(gè)四相的步進(jìn)電機。它接受PWM脈沖波，輸出為跟輸入PWM波占空比一樣的脈沖波驅動(dòng)電機，這樣如果需要改變步進(jìn)電機的轉速，可以通過(guò)調整PWM的占空比和頻率實(shí)現。該驅動(dòng)電路可以控制電機的轉動(dòng)方向，只需要用GPIO控制L298N的方向引腳，設置其為低電平或者高電平這樣方可改變其方向。這部分還需要12 V的直流電源，可通過(guò)電壓穩壓芯片實(shí)現。
第三部分是鍵盤(pán)顯示部分，這部分主要是用來(lái)顯示電機的速度和給定，左邊顯示了速度的給定，右邊顯示電機當前的速度，其中按鍵用來(lái)設定電機調速的調整參數。其設計原理是利用ARM的SPI進(jìn)行串行通信實(shí)現每次傳送兩個(gè)字節，其中第一個(gè)字節是段碼，該段碼是八段數碼管的段碼值，它是8個(gè)數碼管公用的段碼；第二個(gè)字節是位碼，該位碼的8位分別對應8個(gè)數碼管的公共端。用兩個(gè)74HC164移位寄存器實(shí)現數據的移位傳輸，并且把8個(gè)按鍵連接到8個(gè)數碼管的公共端，這樣實(shí)現動(dòng)態(tài)掃描顯示數碼管。
3．3 軟件設計
軟件設計主要是包含三個(gè)部分，分別是系統初始化模塊、電機調速控制模塊和鍵盤(pán)顯示模塊。設計流程如圖2所示，其中第一部分系統初始化模塊。主要實(shí)現LPC2131的啟動(dòng)設置，包括初始化中斷向量表、初始化堆棧、系統變量初始化、中斷系統初始化、I／O初始化、外圍設備初始化、存儲器初始化和地址重映射初始化等操作，這部分主要是用ARM匯編實(shí)現的，為C語(yǔ)言的運行提供一個(gè)良好的環(huán)境。

第二部分是電機調速模塊。這部分是該系統設計的重點(diǎn)，其中需要PWM初始化，定時(shí)器捕獲初始化、I／O初始化和PID算法實(shí)現。對于PWM模塊的初始化需要兩路PWM以實(shí)現四相電機時(shí)序來(lái)控制電機的轉動(dòng)，其中PWM的占空比實(shí)現電機電壓的速度控制。I／O實(shí)現電機的方向控制，通過(guò)設置低電平和高電平設置不同的電機轉向。定時(shí)器捕獲模塊實(shí)現閉環(huán)調速系統，用定時(shí)器捕獲電機轉動(dòng)時(shí)電機葉子切割紅外線(xiàn)產(chǎn)生的脈沖數進(jìn)而算出電機的轉速，不過(guò)計算電機轉速時(shí)得注意電機的減速比。PID算法以實(shí)現電機的智能控制，通過(guò)設置給定轉速和捕獲回來(lái)的轉速，計算出下次需要給出的PWM占空比，以實(shí)現電機速度的準確控制。
第三部分是鍵盤(pán)顯示模塊。該模塊主要是實(shí)現通過(guò)鍵盤(pán)實(shí)時(shí)的調整PID參數，那么左邊顯示的是給定的電機轉速，右邊顯示的是當前的電機轉速。在該模塊中需要定時(shí)器模塊、SPI模塊，其中定時(shí)器模塊實(shí)現對數碼管的動(dòng)態(tài)掃描和獲取按鍵的鍵值；SPI模塊實(shí)現把數碼管的段碼和位碼串行發(fā)送出去。其中按鍵的功能主要實(shí)現加法、減法、修改和確定，這樣就可以實(shí)時(shí)的根據當前的轉速修改PID參數，以實(shí)現電機轉速的實(shí)時(shí)控制。

4 結束語(yǔ)
為了提出一種更高效、實(shí)用性更強、更優(yōu)化的控制系統，本文的控制系統是基于ARM LPC2131來(lái)設計的步進(jìn)電動(dòng)機控制系統，其通過(guò)ARM的高速和豐富的外設資源對步進(jìn)電機實(shí)現轉速的精確控制和實(shí)時(shí)監測控制，具有對步進(jìn)電機實(shí)時(shí)控制、數據處理速度快、精度高、良好的人機界面、操作簡(jiǎn)單和易于維修等特點(diǎn)。