一款基于STM32的貼片機控制系統設計與實(shí)現

2.2 電源電路

電源電路采用AMS1117—3.3作為電壓轉換芯片。AMS1117是一款正電壓輸出低壓差的三端線(xiàn)性穩壓電路，在輸出1 A電流時(shí)，輸入輸出的電壓差典型值為1.8 V，內部集成過(guò)熱保護和限流電路，確保芯片和電源系統的穩定性。

該電路輸入端與輸出端各接1個(gè)0.1μF的非極性獨石電容和1個(gè)220μF的極性電容。這兩組電容起到了穩壓濾波的作用。

2.3 串口電平轉換電路

串行接口是嵌入式系統中較為常用的一種接口。本系統采用RS-232總線(xiàn)于上位機進(jìn)行通信，采用MAX232芯片來(lái)完成RS-232串行接口的電平轉換。串口通信電路如圖8所示。

2.4 步進(jìn)電機驅動(dòng)電路

步進(jìn)電機必須有驅動(dòng)器和控制器才能正常工作。驅動(dòng)器的作用是對控制脈沖進(jìn)行環(huán)形分配、功率放大，使步進(jìn)電機繞組按一定順序通電，控制電機轉動(dòng)。本設計采用DM442數字式步進(jìn)電機驅動(dòng)器。該驅動(dòng)器可以設置512內的任意細分以及額定電流內的任意電流值，能夠滿(mǎn)足大多數場(chǎng)合的應用需要。電路連線(xiàn)如圖9所示。

通過(guò)步進(jìn)電機驅動(dòng)器控制步進(jìn)電機的方法較為簡(jiǎn)單，僅需通過(guò)單片機IO口給出不同頻率的方波脈沖信號即可控制步進(jìn)電機的速度，通過(guò)另一個(gè)IO口給出高低電平控制電機旋轉方向。本文所采用的步進(jìn)電機步距角為1.8°，因此驅動(dòng)器每接收200個(gè)脈沖信號，步進(jìn)電機旋轉一周。

3 運動(dòng)控制系統軟件設計

下位機控制程序由串口收發(fā)程序，限位開(kāi)關(guān)檢測程序，舵機驅動(dòng)程序、步進(jìn)電機驅動(dòng)等部分組成。下面將對舵機驅動(dòng)和串口收發(fā)部分做詳細的介紹。

3.1 舵機驅動(dòng)程序

根據1.1.2中的介紹，舵機用來(lái)控制吸筆和拖拽針的運動(dòng)，在單片機的控制中常用PWM(Pulse Width Modulation)調制來(lái)驅動(dòng)它。脈沖寬度調制(PWM)是利用微處理器的數字輸出來(lái)對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，其優(yōu)越性在于驅動(dòng)電子設備的簡(jiǎn)單性和計算機接口的容易性。在舵機控制系統中，輸出的PWM信號通過(guò)功率器件將所需的電流和能量傳送到舵機線(xiàn)圈繞組中，來(lái)控制舵機的正反轉。

STM32的定時(shí)器除了TIM6和TIM7，其他的定時(shí)器都可以用來(lái)產(chǎn)生PWM輸出。其中高級定時(shí)器TIM1和TIM8可以同時(shí)產(chǎn)生多達7路的PWM輸出。而通用定時(shí)器也能同時(shí)產(chǎn)生多達4路的PWM輸出，這樣，STM32最多可以同時(shí)產(chǎn)生30路PWM輸出。由于只控制一個(gè)舵機，這里我們僅利用TIM3的CH2產(chǎn)生一路PWM輸出。具體步驟如下：

1)開(kāi)啟TIM3時(shí)鐘，配置PA7為復用輸出。

2)設置TIM3的ARR和PSC，控制輸出PWM的周期。

3)設置TIM3_CH2的PWM模式。

4)使能TIM3的CH2輸出，使能TIM3。

5)修改TIM3_CCR2來(lái)控制占空比。

由于舵機所需的控制信號標準周期是20毫秒，最低不得少于15毫秒。中位脈沖寬度是1.5毫秒，脈沖寬度在加減1.5毫秒之間內變化?？煽胤秶话愣际?.5～2.5毫秒。即控制舵機運行至兩個(gè)機械極限位置的信號周期為0.5～2.5毫秒，對應占空比為2.5%-12.5%。本方案中舵機需保持在3個(gè)狀態(tài)，分別是左極限，右極限和中間位置。用于控制拖拽針下移，吸筆下移和復位。

因此，要控制舵機，首現需要一個(gè)頻率為50赫茲的PWM波，然后調節其占空比為2.5%-12.5%。PWM輸出頻率的計算公式為：

這里系統時(shí)鐘頻率為72000000赫茲，所需PWM頻率為50赫茲。為方便計算，同時(shí)保證自動(dòng)重裝載值和預分頻系數均為整數，這里取自動(dòng)重裝載值為1000。計算得預分頻系數為1440-1=1439。因此調用PWM初始化函數為：PWM_Init(1000，1439);

PWM輸出波形占空比計算公式為：

由此計算得到：

左極限位置時(shí)TIM3->CCR2=25，

右極限位置時(shí)TIM3->CCR2=125，

中間位置時(shí)TIM3->CCR2=75。

3.2 串口通信配置

STM32的串口資源相當豐富的，最多可提供5路串口(STM32F103RBT6只有3個(gè)串口)，有分數波特率發(fā)生器、支持同步單線(xiàn)通信和半雙工單線(xiàn)通訊、支持LIN、支持調制解調器操作、智能卡協(xié)議和IrDA SIR ENDEC規范(僅串口3支持)、具有DMA等。

STM32的串口配置需要開(kāi)啟串口時(shí)鐘，并設置相應IO口的模式，配置波特率、數據位長(cháng)度、奇偶校驗位等信息。STM32的串口波特率計算公式如下：

上式中，fPCLKx是給串口的時(shí)鐘;USARTDIV是一個(gè)無(wú)符號定點(diǎn)數。

3.3 串口數據包格式設計

表1為串口與單片機通信的數據包格式，每幀有9個(gè)字節，開(kāi)始六個(gè)字節是包頭標志、器件地址、數據類(lèi)型、起始地址以及數據長(cháng)度，其中數據類(lèi)型有：讀數據指令r(0x72)、預設參數w(0x77)、運動(dòng)指令m(0x6D)、請求重發(fā)指令c(0x63)、正常返回指令b(0x62)和放棄通信指q(0x71)。然后是10個(gè)字節的數據位，通常數據位為2個(gè)4字節的數據，為了避免出現數據對齊問(wèn)題，在后面加入兩個(gè)值為0的字節。最后是兩

個(gè)字節的校驗位和結束標志位，采用CRC16進(jìn)行校驗。