基于ARM的步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動_圖文

1、基于 ARM 的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動設(shè)計(jì)班級:自動化 0905班組員:王娟娟 魏智 李飛 趙金峰摘要 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成響應(yīng)角位移或線位移的的機(jī)電元 件,在機(jī)電及自動化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其具有控制簡單、誤差不累積、電機(jī) 結(jié)構(gòu)簡單、 可靠性高等特點(diǎn), 在開環(huán)控制領(lǐng)域有著越來越重要的應(yīng)用前景。 步進(jìn) 電機(jī)系統(tǒng)的性能主要取決其驅(qū)動方法。本設(shè)計(jì)采用 Arm7系列的芯片 LPC2131和步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動技術(shù),實(shí)現(xiàn)通過按鍵控制步進(jìn)電機(jī) 28BYJ 48實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、 反轉(zhuǎn)和調(diào)速功能的功能,要求通過 4個(gè) GPIO 發(fā)出有序的矩形脈沖,控制驅(qū)動芯 片 ULN2003驅(qū)動四相步進(jìn)電動機(jī),并通過 LCD

2、12864同步顯示運(yùn)行狀態(tài)。 關(guān)鍵詞 步進(jìn)電機(jī) 28BYJ 48 細(xì)分驅(qū)動 ARM 系統(tǒng)一.方案設(shè)計(jì)與論證1.1方案設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。電機(jī)的轉(zhuǎn) 速、 停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù), 而不受負(fù)載變化的影響, 即 給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號, 電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。 本次課程設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的步進(jìn)電 機(jī)的控制系統(tǒng)可通過鍵盤設(shè)定轉(zhuǎn)速和方向,并能顯示轉(zhuǎn)速。1.2方案論證 開始時(shí),開關(guān) SB 接通電源, SA 、 SC 、 SD 斷開, B 相磁極和轉(zhuǎn)子 0、 3號齒對 齊,同時(shí),轉(zhuǎn)子的 1、 4號齒就和 C 、 D 相 繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒, 2、 5號齒就 和

3、 D 、 A 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。 當(dāng)開關(guān) SC 接通電源, SB 、 SA 、 SD 斷開時(shí), 由于 C 相繞組的磁力線和 1、 4號齒之間磁力線的作用,使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動, 1、 4號齒 和 C 相繞組的磁極對齊。而 0、 3號齒和 A 、 B 相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒, 2、 5號齒就和 A 、 D 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推, A 、 B 、 C 、 D 四相繞組輪流供電,則轉(zhuǎn) 子會沿著 A 、 B 、 C 、 D 方向轉(zhuǎn)動。 四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同,可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等,但單四 拍的轉(zhuǎn)動力矩小。 八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半, 因此

4、, 八拍 工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度。二.硬件電路2.1 整體電路設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)共分為四個(gè)模塊:ARM 模塊、控制模塊、數(shù)碼顯示模塊、步 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊。ARM 最小系統(tǒng)主要由復(fù)位電路和時(shí)鐘電路組成。復(fù)位電路為 ARM 系統(tǒng)提供可 靠復(fù)位,使 ARM 能正常啟動。時(shí)鐘電路采用外部時(shí)鐘方式,保證 ARM 個(gè)功能 部件都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn), 有條不紊地一拍一拍地工作。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊選 用八 NPN 達(dá)林頓連接晶體管 2003為步進(jìn)電機(jī)提供脈沖信號, 驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。 2.2 ARM微處理器LPC2131是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的 16/32位 ARM7TDM

5、I-STM CPU ,并帶有 32kB 嵌入的高速 Flash 存儲器, 128位寬度的存儲器接口和獨(dú) 特的加速結(jié)構(gòu)使 32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對代碼規(guī)模有嚴(yán)格 控制的應(yīng)用可使用 16位 Thumb 模式將代碼規(guī)模降低超過 30%,而性能的損 失卻很小。但是由于 LPC2131的 GPIO 驅(qū)動能力有限,必須通過 ULN2003達(dá)林頓集成驅(qū)動芯片驅(qū)動步進(jìn)電機(jī),在步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動電路間連接了電阻,防止控制紊亂而造成的電機(jī)損壞。 LPC2131是小型 LQFP64 封裝的 32 位 ARM7TDMI-S 微控制器。具有 8KB 片 內(nèi)靜態(tài) RAM 和 32KB 片內(nèi) Flash 程序存儲

6、器 128 位寬度接口 / 加速器實(shí)現(xiàn)高 達(dá) 60MHz 的操作頻率。 由于 LPC2131具有較大容量的 RAM 和片內(nèi) Flash 程序 存儲器 因此一般不需要進(jìn)行存儲器擴(kuò)展。 LPC2131可使用外部晶振或外部時(shí)鐘源 內(nèi)部 PLL 電路可調(diào)整系統(tǒng)時(shí)鐘 使 系統(tǒng)運(yùn)行速度更快 CPU 最大操作時(shí)鐘為 60MHz 。 倘若不使用片內(nèi) PLL 功 能及 ISP 下載功能 則外部晶振頻率范圍是 1MHz 30MHz 外部時(shí)鐘頻率 范圍是 1MHz 50MHz 若使用了片內(nèi) PLL 功能或 ISP 下載功能 則外部 晶振頻率范圍是 10MHz 25MHz 外部時(shí)鐘頻率范圍是 10MHz 25MHz

7、。 本 設(shè)計(jì)中使用了外部 11.0592MHz 晶振 電路如圖 1.5所示。 用 11.0592MHz 晶振 的原因是使串口波特率更精確 同時(shí)能夠支持 LPC2131 微控制器芯片內(nèi)部 PLL 功能及 ISP 功能。 電路圖如下 帶中文字庫的 128X64 是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接,口方 式,內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體 中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊;其顯示 分辨率為 128×64, 內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字, 和 128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 字符 集 . 利用該模塊靈活的接口方式和簡單、 方便的操作指令, 可構(gòu)成全中文人

8、機(jī)交互圖 形界面。 可以顯示 8×4 行 16×16 點(diǎn) 陣的漢字 . 也可完成圖形顯示 . 低電壓低功耗 是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶 顯 示模塊相比, 不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多, 且該模塊的價(jià)格也略 低 于 相 同 點(diǎn) 陣 的 圖 形 液 晶 模 塊 。 功率電子電路大多要求具有大的電流輸出能力,以便于驅(qū)動各種類型的負(fù) 載。 功率驅(qū)動電路是功率電子設(shè)備輸出電路的一個(gè)重要組成部分。 ULN 的回 路電阻是 2.7K ,輸入 5V ,輸出 12V 。 圖 ULN2003功能框圖 說明如下:1. ARM 接受按鍵信息,改變系

9、統(tǒng)內(nèi)部變量值。2. ARM 輸出脈沖信號,控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。ULN2003及 LPC2131及步進(jìn)電機(jī)接口圖 三.軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)上電復(fù)位后, 先調(diào)用初始化子程序, 對步進(jìn)電機(jī)各端口,相關(guān)參數(shù)進(jìn)行初始化。初始化完成后,步進(jìn)電機(jī)處于停止?fàn)?態(tài),然后循環(huán)掃描按鍵是否被按下。如果檢測到有按鍵被按 下,先軟件去抖動,確定被按下后則執(zhí)行相應(yīng)的子程序,然 后返回,繼續(xù)執(zhí)行主程序。四.總結(jié)李飛心得體會 :ARM 作為我們的主要課程之一,但起初我們對這門課并沒有什么興趣,覺 得那些程序枯燥乏味,但在這次課程設(shè)計(jì)后我發(fā)現(xiàn)自己在一點(diǎn)一滴的努力中對 基于 ARM 的步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動 ARM 的興趣也在逐漸增加。 在

10、為期兩周的課程設(shè)計(jì)中， 我感觸最深的當(dāng)屬查閱大量的資料了。為了讓自 己的設(shè)計(jì)更加完善， 查閱這方面的設(shè)計(jì)資料是十分必要的， 同時(shí)也是必不可少的。 我們做課程設(shè)計(jì)，一切都要有據(jù)可依，有理可尋。 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛 煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué) 技術(shù)發(fā)展的日新日異，嵌入式計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng) 域， 在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說掌握嵌入 式計(jì)算機(jī)的開發(fā)技術(shù)是十分重要的。 回顧起此次 ARM 課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從 理論到實(shí)踐，在

11、整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多 很多的的東西， 同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本 上所沒有學(xué)到過的知識。 通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重 要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來， 從理論中得出結(jié)論， 才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立 思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到很多問題，尤其是在程序這塊，我們本來就對 編程不感冒，這次的課程設(shè)計(jì)更可以說是困難重重，這次課程設(shè)計(jì)之后，我們一 定要把以前所學(xué)過的知識重新溫故。 這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多編程問題，最后在李老 師

12、的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時(shí)，在李老師的身上我學(xué)得到很多實(shí)用的知 識，在次我表示感謝！同時(shí)，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示 忠心的感謝！ 魏智心得體會： 做了兩周的課程設(shè)計(jì)， 有很多的心得體會，在這過程當(dāng)中遇到了很多實(shí)際性 的問題， 在實(shí)際設(shè)計(jì)中才發(fā)現(xiàn)， 書本上理論性的東西與在實(shí)際運(yùn)用中的還是有一 定的出入的， 所以有些問題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯(cuò)誤思 維。 一切問題必須要靠自己一點(diǎn)一滴的解決，而在解決的過程當(dāng)中你會發(fā)現(xiàn)自己 在飛速的提升。對于教材管理系統(tǒng)，其程序是比較簡單的，主要是解決程序設(shè)計(jì) 中的問題， 而程序設(shè)計(jì)是一個(gè)很靈活的東西，它反映了你解決問題的

13、邏輯思維和 創(chuàng)新能力， 它才是一個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂所在。因此在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中大部分時(shí)間是用 在程序上面的。 很多子程序是可以借鑒書本上的，但怎樣銜接各個(gè)子程序才是關(guān) 鍵的問題所在， 這需要對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)很熟悉。因此可以說系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是軟件和硬 件的結(jié)合， 二者是密不可分的。 通過這次課程設(shè)計(jì)我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之 處，雖然感覺理論上已經(jīng)掌握，但在運(yùn)用到實(shí)踐的過程中仍有意想不到的困惑， 經(jīng)過一番努力才得以解決。 這也激發(fā)了我今后努力學(xué)習(xí)的興趣，我想這將對我以 后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極的影響。 其次， 這次課程設(shè)計(jì)讓我充分認(rèn)識到團(tuán)隊(duì)合作的重要性，只有分工協(xié)作才能 保證整個(gè)項(xiàng)目的有條不絮。 另外在課程設(shè)計(jì)的過程中

14、，當(dāng)我們碰到不明白的問題 時(shí)，指導(dǎo)老師總是耐心的講解，給我們的設(shè)計(jì)以極大的幫助，使我們獲益匪淺。 因此非常感謝老師的教導(dǎo)。 王娟娟的心得 通過這次設(shè)計(jì)， 我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識與實(shí)踐相結(jié)合的重 基于 ARM 的步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動 要意義，學(xué)會了堅(jiān)持、耐心和努力，這將為自己今后的學(xué)習(xí)和工作做出了最好的 榜樣。我覺得作為一名自動化專業(yè)的學(xué)生，這次課程設(shè)計(jì)是很有意義的。更重要 的是如何把自己平時(shí)所學(xué)的東西應(yīng)用到實(shí)際中。雖然自己對于這門課懂的并不 多，很多基礎(chǔ)的東西都還沒有很好的掌握，覺得很難，也沒有很有效的辦法通過 自身去理解，但是靠著這一個(gè)多禮拜的“學(xué)習(xí)”，在小組同學(xué)的幫助和講解下，

15、漸 漸對這門課逐漸產(chǎn)生了些許的興趣， 自己開始主動學(xué)習(xí)并逐步從基礎(chǔ)慢慢開始弄 懂它。我認(rèn)為這個(gè)收獲應(yīng)該說是相當(dāng)大的。一開始我們查了好多的資料，但是畢 竟是參考書，做到后來發(fā)現(xiàn)很多程序都是不完整的，這讓我們傷透了腦筋。設(shè)計(jì) 這種東西最后還是要靠自己動腦筋。然后我們大家一起齊心協(xié)力，從平時(shí)做的實(shí) 驗(yàn)老師上課的舉例書本上的知識以及老師的輔導(dǎo)和其他同學(xué)的幫助下終于 完成了。 應(yīng)該說這是通過我們小組成員的共同努力和動腦完成的，雖然內(nèi)容并不 是很復(fù)雜，但是我們覺得設(shè)計(jì)的過程相當(dāng)重要，學(xué)到了很多，收獲了很多。我覺 得課程設(shè)計(jì)反映的是一個(gè)從理論到實(shí)際應(yīng)用的過程， 但是更遠(yuǎn)一點(diǎn)可以聯(lián)系到以 后畢業(yè)之后從學(xué)校轉(zhuǎn)到

16、踏上社會的一個(gè)過程。小組人員的配合相處，以及自身 的動腦和努力，都是以后工作中需要的。所以我認(rèn)為這次的課程設(shè)計(jì)意義很深， 和其他 3 位同學(xué)的共同學(xué)習(xí)配合努力的過程也很愉快， 另外還要感謝老師的 耐心輔導(dǎo)。 趙金峰總結(jié): 課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會，從 事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程本次的課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用理論知識 和理論聯(lián)系實(shí)際的能力。 本次試驗(yàn)的目的就是以 ARM 為控制器控制 28BYJ-48-5VDC 步進(jìn)電機(jī)， 以實(shí)現(xiàn) 電機(jī)的正轉(zhuǎn)(單四拍、雙四拍、單雙八拍、反轉(zhuǎn)、停止等功能,并且還需要用液 晶顯示器顯示步進(jìn)電機(jī)當(dāng)前的運(yùn)動狀態(tài)。 通過本次課程設(shè)

17、計(jì)使我了解了各個(gè)元?dú)?器件的型號和作用，如步進(jìn)電機(jī)是四相五線式減速電機(jī)、ULN2003 作用是驅(qū)動步 進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)、 液晶顯示器的型號是 12864.并且這次課程設(shè)計(jì)也使我更熟悉了 ARM 開發(fā)板上的個(gè)引腳的連接與作用。 在程序方面我們所使用的程序并不是自己獨(dú)立 編寫完成， 而是我們在別的程序上按照我們題目的任務(wù)進(jìn)行修改完成的，雖然是 修改但是我們也付出了很大的努力去理解原程序并進(jìn)行改進(jìn)， 比如說如何實(shí)現(xiàn)通 過按鍵來改變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)， 如何實(shí)現(xiàn) 12864 液晶顯示器顯示步進(jìn)電機(jī)的 運(yùn)行狀態(tài)等。 通過這次為期兩周的課程設(shè)計(jì)，在不斷的失敗和努力中，鍛煉了我們的動手 能力， 培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作及永不放棄的精神，使