基于Cortex-M3處理器的步進(jìn)電機控制系統

　　Cortex-M3是ARM公司最新推出的基于ARMv7體系架構的處理核。步進(jìn)電機已被廣泛的應用于位置、速度等控制領(lǐng)域。文中基于Cortex-M3核設計了具有人機交互界面的步進(jìn)電機控制系統。整個(gè)系統以片上外設豐富的Cortex-M3核ARM芯片為核心，對人機交互界面、電機模塊的設計進(jìn)行了詳細分析。在軟件上給出了系統的主程序流程圖。與其他電機控制系統相比，該設計系統具有操作簡(jiǎn)單、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)。

　　步進(jìn)電機的控制方式是將電脈沖信號轉換為角位移，在未超載的情況下，步進(jìn)電機的速度和位置分別取決于脈沖頻率以及脈沖個(gè)數。步進(jìn)電機控制方便，在眾多行業(yè)都得到廣泛的使用，諸如數控機床、機械包裝等機械行業(yè)、機器人等電子行業(yè)、還有醫療設備等眾多領(lǐng)域。在實(shí)際的工程應用中，由步進(jìn)電機控制器發(fā)送脈沖和方向信號，通過(guò)控制脈沖信號的個(gè)數來(lái)實(shí)現角位移量的大小，按照方向信號的指示轉動(dòng)角度，從而通過(guò)驅動(dòng)器實(shí)現和完成步進(jìn)電機的復雜運動(dòng)。步進(jìn)電機控制器也可采用PLC系統。PLC具有易操作、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但成本較高。隨著(zhù)研究的不斷深入和技術(shù)的不斷優(yōu)化，單片機的片上外設更加豐富，實(shí)際應用的可靠性和保障性不斷增強，且價(jià)格也相對于PLC便宜。因此，對步進(jìn)電機的控制正逐步由單片機實(shí)現。ARM Cortex—M3處理器專(zhuān)為低功耗、小尺寸、短的中斷延時(shí)和優(yōu)越的確定性而設計，它的價(jià)格與8位和16位器件相同，卻具有32位器件的性能，且所有器件都以小型封裝形式提供。

　　1系統硬件設計

　　1.1總體設計

　　系統主要由STM32主控制器、電機模塊和觸摸屏模塊3部分組成。系統主控制器選用STM32F103VBT6來(lái)對電機進(jìn)行控制，通過(guò)I/O口與電機模塊連接，通過(guò)UART與觸摸屏模塊連接，主控制器通過(guò)采集觸摸屏的按鍵信息實(shí)現對電機的控制，具體框圖如圖1所示。

　　圖1 系統總體結構圖

　　1.2 STM32F103VBT6微控制器

　　STM32F103VBT6單片機芯片搭配ARMv7 Cortex—M3版高性能內核，工作頻率最高可達72 MHz.采用3級流水線(xiàn)和哈佛結構，具有獨立的指令和數據以及外設總線(xiàn)，使得代碼執行速度高達1.25 MIPS/MHz.內置128 kB的閃存和20 kB的靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)，同時(shí)還具備豐富的增強I/O端口和外部設備。該芯片工作的溫度范圍為-40～+85℃，供電電壓為2.0～3.6 V，同時(shí)具有功耗低的優(yōu)點(diǎn)，使得STM32F103微控制器適于工業(yè)控制、手持設備和汽車(chē)電子等多種應用領(lǐng)域。

　　1.3電機模塊

　　系統采用SPGT62C19B電機控制模組中的步進(jìn)電機部分，SPGT62C19B電機控制模組主要是為學(xué)習步進(jìn)電機和直流電機的控制而設計的套件。此模組采用凌陽(yáng)SPGT62C19B電機驅動(dòng)芯片，可驅動(dòng)一臺雙極性?xún)上嗖竭M(jìn)電機或兩臺直流電機。使用時(shí)，用輸出選擇跳線(xiàn)來(lái)選擇芯片控制的電機，模組的平面圖如圖2所示。

　　圖2 電機控制摸組結構圖

　　(1)主要接口說(shuō)明。1)電機控制接口：模組與單片機的接口，為10PIN排針，可直接與“STM32F103VB”相連，以實(shí)現對電機的控制。2)步進(jìn)電機接口：接口類(lèi)型為4PIN插針形式，SPGT62C19B驅動(dòng)芯片和兩相步進(jìn)電機通過(guò)該接口連接。3)步進(jìn)電機：永磁式步進(jìn)減速電機，型號為35BYJ26，工作方式是兩相4拍。在步進(jìn)電機的面板上附帶刻度盤(pán)，能在觀(guān)察步進(jìn)電機實(shí)驗中的轉動(dòng)狀態(tài)。