L298驅(qū)動步進電機及程序

1、L298驅(qū)動步進電機摘要：本系統(tǒng)采用STM32作為主控制芯片，用L298驅(qū)動步進電機，并由按鍵分別控制步進電機的啟/停，快速/慢速，整步/半步，正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)，發(fā)光二極管顯示按鍵情況。實現(xiàn)了步進電機的基本功能。關(guān)鍵詞：STM32、L298、步進電機Abstract: This system adopts STM32 micro processer as main controller. The stepper is driven by L298 chip,and the Keys controls the steppers mode separately as START/STOP,FAST/SL

2、OW,FULL/HALF,CW/CCW, then LED shows whether the Key is pressed .The system achieved the base functions easily.Key words: STM32, L298, stepper motor第1章 引 言本系統(tǒng)采用STM32F103XX微控制器驅(qū)動步進電機的方法，由按鍵來執(zhí)行整步和半步模式來控制L298，并驅(qū)動步進電機。用戶可以選擇：操作模式（整步/半步）；電機旋轉(zhuǎn)方式（順時針/逆時針）；當(dāng)前控制模式（快速/慢速）。這種方法使用中密度STM32F103XX微控制器和常用電機驅(qū)動L298,這是

3、性價比最高和最簡單的方式獲得最小的CPU負(fù)載。Cortex-M3是專門在微控制系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)等對功耗和成本敏感的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高系統(tǒng)性能而設(shè)計的，它大大簡化了編程的復(fù)雜性，集高性能、低功耗、低成本于一體。第2章 方案比較與論證總體系統(tǒng)框圖如圖1所示：圖1 系統(tǒng)框圖2.1 控制模塊選擇方案一：采用89C51作為步進電機控制器。經(jīng)典51單片機具有價格低廉、使用簡單等優(yōu)點。但其運算速度低，功能單一，RAM、ROM空間小，不穩(wěn)定等特點。方案二：采用STM32F103XX作為步進電機控制器。STM32通過寄存器模式，尋址方式靈活，RAM和FLASH容量大，運算速度快、低功耗、低電壓等，且通過TIM2

4、的輸出比較模式來控制步進電機以連續(xù)周期的50%和一個可變頻率。DMA控制器可用來改變時鐘周期，Systick定時器靈活地產(chǎn)生中斷?；谝陨戏治觯x擇方案二。2.2 電機的選擇方案一：采用直流電機。直流電機具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)整范圍廣；過載能力強，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實現(xiàn)頻繁的無極快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)；能滿足生產(chǎn)自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求。直流電機的工作狀態(tài)可分為兩種：開環(huán)狀態(tài)和閉環(huán)狀態(tài)。直流電機工作在開環(huán)狀態(tài)時，電路相對簡單，但其定位性能比較差。直流電機工作的閉環(huán)狀態(tài)時，其定位性能精確，但是相對開環(huán)狀態(tài)又要增加很多檢測器件，使用的元器件多，電路非常復(fù)雜。方案二：采用

5、步進電機。步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、啟停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，即給電機一個脈沖信號， 電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。因此，步進電機具有快速啟停能力，如果負(fù)荷不超過步進電機所能提供的動態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能立即使步進電機啟動或反轉(zhuǎn)，而且步進電機的轉(zhuǎn)換精度高，驅(qū)動電路簡單，非常適合定位控制系統(tǒng)。基于以上分析，選擇方案二。2.3 驅(qū)動模塊的選擇方案一：采用繼電器對電動機的開和關(guān)進行控制，通過開關(guān)的切換對電機的速度進行調(diào)整。這個方案的優(yōu)點是電路較為簡單，實現(xiàn)容易；缺點是繼電器的響應(yīng)速度慢、機械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短。方案

6、二： 采用DSP芯片，配以電機控制所需要的外圍功能電路，通過數(shù)控電壓源調(diào)節(jié)電機運行速度，實現(xiàn)控制物體的運動軌跡。該方案優(yōu)點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、使用便捷、可靠性提高。但系統(tǒng)軟硬件復(fù)雜、成本高。方案三： 采用專用芯片L298N。L298N是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，它相應(yīng)頻率高，且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅(qū)動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良?；谏鲜隼碚摲治龊蛯嶋H情況，擬定選擇方案三。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 電機驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計按鍵Key1、Key2、Key3、Key4分別控制電機的START/STOP、 FAST/SLOW、 HALF/FULL、CW/CCW，作為驅(qū)動芯片L2

7、98的控制信號的輸入端，按鍵控制電路和L298的封裝分別如圖2和圖3所示：圖2 按鍵原理圖圖3 L298N封裝圖L298引腳的功能如下所示：1、15=SEN1、SEN2分別為兩個H橋的電流反饋腳，不用時可以直接接地 ；2、3=1Y1、1Y2輸出端; 13、14=2Y1、2Y2 輸出端；4=VS驅(qū)動電壓，最小值須比輸入的低電平電壓高2.；5、7=1A1、1A2輸入端, 10、12=2A1、2A2 輸入端，TTL電平兼容 ；6、11=ENA、ENB使能端，低電平禁止輸出 ；8=GND地；9=Vss邏輯電源。電機驅(qū)動系統(tǒng)原理圖如圖4所示：圖4 電機控制系統(tǒng)原理圖第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計程序流程圖如下：第

8、5章 功能測試及結(jié)果分析第6章 結(jié)束語本系統(tǒng)主要以STM32為主要控制芯片。采用了L298驅(qū)動芯片實現(xiàn)電機控制。在設(shè)計過程中，力求硬件電路簡單，充分發(fā)揮軟件設(shè)計的優(yōu)勢，編程靈活方便來滿足系統(tǒng)的要求。參考文獻1 李寧，基于MDK的STM32處理器開發(fā)應(yīng)用，北京航空航天大學(xué)出版社2 黃智偉，全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽系統(tǒng)設(shè)計，北京航空航天大學(xué)出版社3 康華光，陳大欽，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高等教育出版社附錄一主要元器件清單：器件名稱器件數(shù)量STM32F103RBT6微控制器1片電機驅(qū)動芯片L298N1片42BYG102步進電機1個電阻、電容、按鍵、肖特基二極管等若干附錄二主程序：#include<reg

9、52.h> /包含頭文件，一般情況不需要改動，頭文件包含特殊功能寄存器的定義#define uchar unsigned char#define uint unsigned int #define hongwai P2 /紅外掃描端口sbit IN1 = P10; /電機輸入IN1 IN1-L,IN2-H 反轉(zhuǎn)sbit IN2 = P11; /電機輸入IN2sbit IN3 = P12; /電機輸入IN3 IN3-L,IN4-H 正轉(zhuǎn)sbit IN4 = P13; /電機輸入IN4unsigned char CYCLE; /定義周期 該數(shù)字X基準(zhǔn)定時時間 如果是10 則周期是10 x 0

10、.1msunsigned char PWM_ON;/定義高電平時間unsigned char level1,level2,level3,level4;/*/* 延時函數(shù) */*/ 紅外掃描函數(shù)void scan() hongwai |=0x0f; switch(hongwai) case 0xf1: PWM_ON=80;level1=1;level2=0;level3=1;level4=0;break;/當(dāng)檢測到紅外發(fā)射1為高時，調(diào)整方向,轉(zhuǎn)向速度較大case 0xf2: PWM_ON=40;level1=1;level2=0;level3=1;level4=0;break;/當(dāng)檢查到紅外發(fā)射

11、2為高時，調(diào)整方向,轉(zhuǎn)向速度較小case 0xf3: PWM_ON=60;level1=1;level2=0;level3=1;level4=0;break;/當(dāng)檢查到紅外發(fā)射1和2都為高時，調(diào)整方向,轉(zhuǎn)向速度中等case 0xf4: PWM_ON=80;level1=0;level2=1;level3=0;level4=1;break;/當(dāng)檢測到紅外發(fā)射4為高時，調(diào)整方向,轉(zhuǎn)向速度較大case 0xf8: PWM_ON=40;level1=0;level2=1;level3=0;level4=1;break;/當(dāng)檢查到紅外發(fā)射3為高時，調(diào)整方向,轉(zhuǎn)向速度較小case 0xfc: PWM_ON

12、=60;level1=0;level2=1;level3=0;level4=1;break;/當(dāng)檢查到紅外發(fā)射3和4都為高時，調(diào)整方向,轉(zhuǎn)向速度中等default: PWM_ON=50;level1=0;level2=1;level3=1;level4=0; /*/* 主函數(shù) */*/main()TMOD |=0x01;/定時器設(shè)置 1ms in 12M crystalTH0=(65536-1000)/256; TL0=(65536-1000)%256;/定時1mS IE= 0x82; /打開中斷TR0=1;CYCLE = 100;/ 時間可以調(diào)整 這個是10步調(diào)整 周期10ms 8位PWM就是256步while(1) scan(); /*/* 定時器中斷函數(shù) */*/void tim(void) interrupt 1 using 1static unsigned char c