基于DSP實(shí)現的步進(jìn)電機控制器的設計

引 言

　　DSP（Digital Signal Processor）是一種特別適合于進(jìn)行數字信號處理運算的微處理器，其采用先進(jìn)的軟、硬件結構，其內部的程序空間和數據空間分開(kāi)，可以同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)指令和數據，并且具有事件模塊管理功能及快速的中斷處理功能，其以高性能及日趨低價(jià)位的特點(diǎn)，越來(lái)越廣泛地應用于信息處理、控制系統中。TMS320LF2407芯片作為一款定點(diǎn)DSP控制器尤為適合于控制系統，其所包含的事件管理模塊，可以極為方便的實(shí)現電機數字化控制。步進(jìn)電機是數字控制系統的一種常見(jiàn)的執行元件，其接收數字控制信號（電脈沖信號），并轉換成與之相對應的角位移或直線(xiàn)位移。步進(jìn)電機具有開(kāi)環(huán)控制無(wú)累計誤差的優(yōu)點(diǎn)，控制系統結構簡(jiǎn)單，因而得到了廣泛的應用。本文所介紹的是一種基于TMS320LF2407實(shí)現的步進(jìn)電機控制系統的設計。

1 系統硬件構成

　　整個(gè)系統分為五個(gè)部分組成：DSP中央控制器TMS320LF2407，步進(jìn)電機及驅動(dòng)，光電編碼器，鍵盤(pán)及液晶顯示部分，以及整個(gè)系統的外圍電源電路及看門(mén)狗復位電路組成，如圖1所示。在這個(gè)系統設計中，由鍵盤(pán)設定給定轉速（位置），通過(guò)中央控制器TMS320LF2407來(lái)產(chǎn)生PWM脈沖信號來(lái)控制步進(jìn)電機的轉速（位置），可以采用光電編碼器對步進(jìn)電機的轉速（位置）進(jìn)行采樣檢測實(shí)現閉環(huán)控制，也可以采用開(kāi)環(huán)控制無(wú)需轉速（位置）信號，以上過(guò)程中的多個(gè)變量、參數可以在液晶顯示屏上得到直觀(guān)地反映。整個(gè)硬件結構簡(jiǎn)單直觀(guān)，中央控制器TMS320LF2407還剩余豐富的I/O及中斷資源，在此設計基礎上具有一定的擴展空間。

圖1 硬件原理方框圖

　　本設計采用的是55BF03型三相反應式步進(jìn)電機，其接收數字控制信號（電脈沖信號），并轉換成與之相對應的角位移或直線(xiàn)位移。此設計是用中央控制器TMS320LF2407產(chǎn)生的PWM環(huán)形脈沖信號經(jīng)過(guò)信號分配以及功率放大傳送給步進(jìn)電機實(shí)現對步進(jìn)電機的角位置或直線(xiàn)位移控制，所以此步進(jìn)電機的驅動(dòng)結構設計由以下幾部分組成，脈沖信號，信號分配，功率放大，步進(jìn)電機及負載，如下圖2所示。在這個(gè)設計中基于對力矩、平穩、噪音及減少角度等方面的考慮，在這里設計成產(chǎn)生一個(gè)三相六拍信號來(lái)進(jìn)行步進(jìn)電機的控制，通電順序為A-AB-B-BC-C-CA，步距角為1.5°,功率放大采用的是典型的單壓驅動(dòng)方式。

圖2 步進(jìn)電機驅動(dòng)方框圖

　　光電編碼器的選擇，可以選擇增量式編碼器或絕對值編碼器，前者適用于速度檢測，后者適用于位置檢測。編碼器的A、B信號與正交解碼脈沖單元QEP相對應的引腳連接，可以檢測出步進(jìn)電機的速度（位置），并且能夠判斷出步進(jìn)電機的旋轉方向。

　　在顯示方面，由于液晶顯示器（LCD）點(diǎn)陣式或圖形式不僅可以顯示字符、數字，還可以顯示各種圖形、曲線(xiàn)和漢字，并且可以實(shí)現屏幕上下左右滾動(dòng)、動(dòng)畫(huà)、閃爍、文本顯示等功能，功耗小、體積小、質(zhì)量輕、超薄等諸多其它顯示器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，用途十分廣泛。本系統設計中用到的是HY-12864圖形液晶顯示器，它內置兩塊HD61202液晶顯示控制驅動(dòng)器，此屏幕的最大顯示范圍為128＊64。HY-12864引出的以下控制信號：讀寫(xiě)信號（R/W）、數據或指令信號（RS）、左、右屏片選信號（CS1、CS2）、使能信號（E）及數據總線(xiàn)（DB0――DB7），由TMS320LF2407的I/O口直接控制，連接原理圖如下圖3所示。