基于LPC2131的步進電機細分的課程設(shè)計實驗報告

1、第17頁 課程設(shè)計（論文） 題 目：基于ARM的步進電機細分驅(qū)動控制設(shè)計 院 （系）：電 控 學(xué) 院 專業(yè)班級：自 動 化 * 班 姓 名：* 組 號：* 指導(dǎo)教師：* 2012年 1 月 5 日 目 錄第一章 緒論1.1ARM技術(shù)的發(fā)展1.2ARM技術(shù)得以應(yīng)用領(lǐng)域1.3ARM微處理器的特點第二章 步進電機細分控制方案2.1步進電機細分技術(shù)簡介2.2硬件電路設(shè)計2.3.模塊原理框圖2.4.結(jié)論第三章 總結(jié)附錄A步進電機驅(qū)動電路原理圖附錄B步進電機驅(qū)動程序 第一章 緒論1.1ARM技術(shù)的發(fā)展 ARM公司的IP核已經(jīng)由ARM7,ARM9發(fā)展到今天的ARM11版本。ARM11囊括了Thumb-2,C

2、oreSight,TrusZone 等眾多業(yè)界領(lǐng)先技術(shù)，同時由單一的處理器內(nèi)核向多核發(fā)展，為高端的嵌入式應(yīng)用提供了強大的處理平臺。高集成度SOC芯片的采用可以帶來一系列好處，諸如減少了外圍器件和PCB面積，提高系統(tǒng)抗干擾能力，縮小產(chǎn)品體積，降低功耗等。 ARM 公司是一家IP供應(yīng)商，其核心業(yè)務(wù)是IP核以及相關(guān)工具的開發(fā)和設(shè)計。半導(dǎo)體廠商通過購買ARM公司的IP授權(quán)來生產(chǎn)自己的微處理器芯片。由此以來，處理器內(nèi)核來自ARM公司、各芯片廠商結(jié)合自身已有的技術(shù)優(yōu)勢以及芯片的市場定位等因數(shù)使芯片設(shè)計最優(yōu)化，從而產(chǎn)生了一大批高度集成、各據(jù)特色的SOC芯片。例如Intel公司的XScale系列集成了LCD控

3、制器、音頻編/解碼器，定位于智能PDA市場；Atmel公司的AT91系列片內(nèi)集成了大容量 Flash和RAM、高精度A/D轉(zhuǎn)換器以及大量可編程I/O端口，特別適合于工業(yè)控制領(lǐng)域；Philips公司的LPC2000系列片內(nèi)集成了128位寬的零等待Flash存儲器以及I2C, SPI,PWM,UART等傳統(tǒng)接口，極高的性價比使它對傳統(tǒng)的8/16位MCU提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。本次設(shè)計仍使用的ARM7系列。1.2ARM技術(shù)得以應(yīng)用領(lǐng)域到目前為止，ARM微處理器及技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)廣泛深入到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域：1、工業(yè)控制領(lǐng)域：作為 32 的 RISC 架構(gòu)，基于 ARM 核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端

4、微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴ARM微控制器的低功耗、高性價比，向傳統(tǒng)的 8 位 /16 位微控制器提出了挑戰(zhàn)。2、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用 ARM 技術(shù)的 ADSL 芯片正逐步獲得競爭優(yōu)勢。此外，ARM 在語音及視頻處理上行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對 DSP 的應(yīng)用領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)。 3 、消費類電子產(chǎn)品： ARM 技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機頂盒和游戲機中得到廣泛采用。 4、 成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機和打印機中絕大部分采用 ARM 技術(shù)。手機中的 32位 SIM 智能卡也采用了 ARM 技術(shù)。 除此以外， ARM 微處理器及技

5、術(shù)還應(yīng)用到許多不同的領(lǐng)域，并會在將來取得更加廣泛的應(yīng)用。1.3ARM微處理器的特點 ARM微處理器采用RISC指令集、使用大量寄存器、ARM/THUMB指令支持、三/五級流水線具有低功耗、低成本、高性能等特點。 第二章 步進電機細分控制方案2.1步進電機細分技術(shù)簡介細分驅(qū)動技術(shù)在七十年代中期由美國學(xué)者首次提出，基本原理是將繞組中的電流細分。由常規(guī)的矩形波供電改為階梯波供電，此時繞組中的電流將按一定的階梯順序上升和下降，從而將每一自然步進行細分。步進電機細分控制的本質(zhì)是通過對勵磁繞組中的電流控制，使步進電機合成磁場為均勻離散化的圓形旋轉(zhuǎn)磁場。采用細分驅(qū)動技術(shù)可以改善步進電機的運行品質(zhì)，減少轉(zhuǎn)矩波

6、動、抑制振蕩、降低噪音、提高步距分辨率。2.2硬件電路設(shè)計 所用元件：ARM開發(fā)板、電機驅(qū)動ULN2003、12864液晶顯示、 步進電機28BYJ48 5VDC12864液晶顯示簡介： 12864是128*64點陣液晶模塊的點陣數(shù)簡稱 ，液晶屏類型： STN FSTN ，模塊顯示效果：黃綠底黑字、藍底白字、白底黑字 ，驅(qū)動方式 ：1/64 DUTY 1/9 BIAS ，背光： LED白色 、LED黃綠色，控制器： KS0108或兼容 ST7920 T6963C， 數(shù)據(jù)總線：8 位并口/6800 方式 串口， 工作溫度：-20+70 儲藏溫度：-30+80 點陣格式 ：128 x 64 ，現(xiàn)實

7、角度：6：00直視基本用途：該點陣的屏顯成本相對較低，適用于各類儀器，小型設(shè)備的顯示領(lǐng)域。其接線圖如下所示： 圖1.1 12864液晶顯示與LPC2131接口接線圖電機驅(qū)動ULN2003簡介： ULN2003 是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個硅NPN 復(fù)合晶體管組成。ULN2003是大電流驅(qū)動陣列,多用于單片機、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中?？芍苯域?qū)動繼電器等負載。輸入5VTTL電平，輸出可達500mA/50V。ULN2003是高耐壓、大電流達林頓陳列,由七個硅NPN達林頓管組成。 圖1.2 ULN2003芯片引腳圖該電路的特點如下: ULN2003的每一對達林頓都串聯(lián)一個

8、2.7K的基極電阻,在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路 直接相連,可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003 是高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負載能力強等特點,適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V 的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。其接線圖如下所示： 圖1.3 ULN2003與LPC2131以及四相步進電機接口圖步進電機28BYJ-48-5VDC簡介：圖1.4 28BYJ-48-5VDC步進電機是四相五線制電機，中間部分是轉(zhuǎn)

9、子，由一個永磁體組成，邊上的是定子繞組。當(dāng)定子的一個繞組通電時，將產(chǎn)生一個方向的電磁場，如果這個磁場的方向和轉(zhuǎn)子磁場方向不在同一條直線上，那么定子和轉(zhuǎn)子的磁場將產(chǎn)生一個扭力將定子扭轉(zhuǎn)。 依次改變繞組的磁場，就可以使步進電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)(比如通電次序為A-B-C-D正轉(zhuǎn)，反之則反轉(zhuǎn))。而且按照通電順序的不同，可分為單四拍(A-B-C-D)、雙四拍(AB-BC-CD-DA)、單雙八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA)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，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。其接線圖

10、如圖1.3所示。2.3.模塊原理框圖二極管指示LPC2131最小系統(tǒng)步進電機28BYJ-48步進電機驅(qū)動ULN2003液晶顯示2.4.結(jié)論 此次基于ARM的步進電機細分驅(qū)動控制設(shè)計，由于相關(guān)知識的不成熟，我們目前只實現(xiàn)了對步進電機正反轉(zhuǎn)控制以及三種運行方式（單四拍、雙四拍、單雙八拍）的選擇控制，并且實現(xiàn)了在12864液晶顯示屏上顯示相關(guān)的信息。此次課程設(shè)計還存在一些問題，比如步進電機的抖動問題沒有解決，液晶顯示的效果也不怎么好，沒有顯示步距角及速度等等。所有這些問題還有待于在進一步制作中探討、解決并完成制作。目前所做的部分只是實現(xiàn)了步進電機控制的基本功能，在此基礎(chǔ)上還可以增加更多的運行方式、角

11、度顯示和測速等環(huán)節(jié)，使電機的功能更加完善，最終投入到實際的應(yīng)用當(dāng)中去。2.5 致謝 參考文獻：【1】周明安，朱光忠，步進電機驅(qū)動技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀【J】機電工程技術(shù)，2005【2】許大中、賀益康，電機控制【M】杭州：浙江大學(xué)出版社、2002【3】周立功、陳明計、陳渝，ARM嵌入式Linux系統(tǒng)構(gòu)建與驅(qū)動開發(fā)范例【M】： 北京航空航天大學(xué)出版社，2006附錄A步進電機驅(qū)動電路原理圖附錄B步進電機驅(qū)動程序* 文 件 名：main.c* 功 能：LED顯示控制。* 通過GPIO控制步進電機* 說 明：將跳線JP14和JP19全部短接。 */#include config.h#define MOTOA 1

12、10 / P0.10 #define MOTOB 111/ P0.11 #define MOTOC 112/ P0.12 #define MOTOD 113/ P0.13 #define key1 116 / A-B-C-D#define key2 117 / AB-BC-CD-DA-AB#define key3 118 / A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A#define key4 119 /反轉(zhuǎn)#define key5 120 /停止#define KEYCON0x007c0000 / LED控制字#define MOTOCON0x00003c00 / MOTO控制字#define

13、 GPIOSET(PIN) IO0SET = PIN / 方便修改置位端口#define GPIOCLR(PIN)IO0CLR = PIN / 方便修改清位端口#define RS 19 /P0.9#define SID 16 /P0.6#define E 14 /P0.4#define PSB 12 /P0.2并行或串行，選擇低電平串行模式#define RST 10; dly-) for(i=0; i5000; i+); /* 名 稱：MOTO_Mode1()* 功 能：單四拍程序* 入口參數(shù)：uint8 i延時參數(shù)，值越大，延時越久* 出口參數(shù)：無*/void MOTO_Mode1(ui

14、nt8 i) / A-B-C-D while(IO0PIN&key2)&(IO0PIN&key3)&(IO0PIN&key4)&(IO0PIN&key5)!=0) initinal(); lcd_mesg(IC_DAT1); /顯示漢字界面1 /* A */ GPIOSET(MOTOA); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOA); /* B */ GPIOSET(MOTOB); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOB); /* C */ GPIOSET(MOTOC); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOC); /* D */ GPIOSET(MOTOD)

15、; DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOD); void MOTO_Mode10(uint8 i) / D - C -B- A while(IO0PIN&key1)&(IO0PIN&key2)&(IO0PIN&key3)&(IO0PIN&key5)!=0) initinal(); lcd_mesg(IC_DAT4); /* D */ GPIOSET(MOTOD); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOD); /* C */ GPIOSET(MOTOC); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOC); /* B */ GPIOSET(MOTOB); DelayN

16、S(i); GPIOCLR(MOTOB); /* A */ GPIOSET(MOTOA); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOA); /* 名 稱：MOTO_Mode2()* 功 能：雙四拍程序* 入口參數(shù)：uint8 i延時參數(shù)，值越大，延時越久* 出口參數(shù)：無*/void MOTO_Mode2(uint8 i) / AB-BC-CD-DA-AB while(IO0PIN&key1)&(IO0PIN&key3)&(IO0PIN&key4)&(IO0PIN&key5)!=0) initinal(); lcd_mesg(IC_DAT2); /顯示漢字界面2 GPIOSET(MOTO

17、A); GPIOSET(MOTOB); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOA); GPIOCLR(MOTOB); /* BC */ GPIOSET(MOTOB); GPIOSET(MOTOC); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOB); GPIOCLR(MOTOC); /* CD */ GPIOSET(MOTOC); GPIOSET(MOTOD); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOC); GPIOCLR(MOTOD); /* DA */ GPIOSET(MOTOD); GPIOSET(MOTOA); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOD

18、); GPIOCLR(MOTOA); void MOTO_Mode20(uint8 i) / AD-DC- CB-BA- AD while(IO0PIN&key1)&(IO0PIN&key2)&(IO0PIN&key3)&(IO0PIN&key5)!=0) initinal(); lcd_mesg(IC_DAT4); GPIOSET(MOTOA); GPIOSET(MOTOD); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOA); GPIOCLR(MOTOD); /* DC */ GPIOSET(MOTOD); GPIOSET(MOTOC); DelayNS(i); GPIOCLR(MOT

19、OD); GPIOCLR(MOTOC); /* CB */ GPIOSET(MOTOC); GPIOSET(MOTOB); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOC); GPIOCLR(MOTOB); /* BA */ GPIOSET(MOTOB); GPIOSET(MOTOA); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOB); GPIOCLR(MOTOA); /* 名 稱：MOTO_Mode3()* 功 能：單雙八拍程序* 入口參數(shù)：uint8 i延時參數(shù)，值越大，延時越久* 出口參數(shù)：無*/void MOTO_Mode3(uint8 i) / A-AB-B-BC-C-CD

20、-D-DA-A while(IO0PIN&key1)&(IO0PIN&key2)&(IO0PIN&key4)&(IO0PIN&key5)!=0) initinal(); lcd_mesg(IC_DAT3); /* A */ GPIOSET(MOTOA); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOA); /* AB */ GPIOSET(MOTOA); GPIOSET(MOTOB); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOA); GPIOCLR(MOTOB); /* B */ GPIOSET(MOTOB); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOB); /* BC *

21、/ GPIOSET(MOTOB); GPIOSET(MOTOC); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOB); GPIOCLR(MOTOC); /* C */ GPIOSET(MOTOC); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOC); /* CD */ GPIOSET(MOTOC); GPIOSET(MOTOD); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOC); GPIOCLR(MOTOD); /* D */ GPIOSET(MOTOD); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOD); /* DA */ GPIOSET(MOTOD); GPIOSET(

22、MOTOA); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOD); GPIOCLR(MOTOA); void MOTO_Mode30(uint8 i) / A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A while(IO0PIN&key1)&(IO0PIN&key2)&(IO0PIN&key3)&(IO0PIN&key5)!=0) initinal(); lcd_mesg(IC_DAT4); /* D */ GPIOSET(MOTOD); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOD); /* CD */ GPIOSET(MOTOC); GPIOSET(MOTOD); DelayNS(i

23、); GPIOCLR(MOTOC); GPIOCLR(MOTOD); /* C */ GPIOSET(MOTOC); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOC); /* BC */ GPIOSET(MOTOB); GPIOSET(MOTOC); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOB); GPIOCLR(MOTOC); /* B */ GPIOSET(MOTOB); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOB); /* AB */ GPIOSET(MOTOA); GPIOSET(MOTOB); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOA); GPIOCLR

24、(MOTOB); /* A */ GPIOSET(MOTOA); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOA); /* DA */ GPIOSET(MOTOD); GPIOSET(MOTOA); DelayNS(i); GPIOCLR(MOTOD); GPIOCLR(MOTOA); /* 名稱：delay()* 功能：延時程序*/void delay(unsigned int m) unsigned int i,j; for(i=0;im;i+) for(j=0;j50;j+);/* 名稱：initinal()* 功能：LCD12864字庫初始化*/ initinal(void) de

25、lay(40); /大于40ms的延時程序 IO0SET=PSB; /設(shè)置為串行工作方式 delay(1); IO1CLR=RST; /復(fù)位 delay(1); IO1SET=RST; /復(fù)位置高 delay(10); TransferCom(0x30); /8bit設(shè)置。RE=0.G=0，圖片顯示關(guān) delay(100); TransferCom(0x0C); /D=1,顯示開 delay(100); TransferCom(0x01); /清屏 delay(10); TransferCom(0x06); /模式設(shè)置，光標從右向左加1位移動 delay(100);/* 名稱：lcd_mesg()* 功能：在LCD12864上顯示漢字*/void lcd_mesg(unsigned char *adder1) unsigned char i; TransferCom(0x80); delay(100); for(i=0;i32;i+) TransferData