基于ARM的步进电机细分控制_图文

1、收稿日期:2006-11-02作者简介:徐祖华(1971- , 男, 湖北洪湖人, 南华大学电气工程学院副教授. 主要研究方向:电气传动控制技术.32006届本科毕业生. 第20卷第4期南华大学学报(自然科学版Vol . 20No . 4文章编号:1673-0062(2006 04-0016-04基于AR M 的步进电机细分控制徐祖华, 肖志华3, 苏泽光(南华大学电气工程学院, 湖南衡阳421001摘要:本文设计的步进电机细分控制系统, AR 芯片L MD18245, 采用“线性+正弦”, 通过AR M , D , 经过驱动芯片, 利用液晶显示, inux 和M iniG U I 平台进行程

2、序设计. 该系统实现了, 得到4096细分的精确步进效果. 关键词:步进电机; 细分; AR M 中图分类号:T M301. 2文献标识码:BDesi gn of Stepper M otor Subdi visi on Control Syste m Based on AR MXU Zu 2hua, X I AO Zh i 2hua 3, SU Ze 2guang(School of Electrical Engineering, Nanhua University, Hengyang, Hunan 421001, China Abstract:A stepper mot or subdiv

3、isi on contr ol syste m has been designed in this paper, which is based on AR M7chi p LPC2214and the L MD18245electrical machinery s pecial -pur pose driver chi p. The “linear +sine ”wave driver method and the electric current vec 2t or constant breadth algorith m is used in this syste m. The digita

4、l wave data is generated by AR M contr oller,which is converted t o corres ponding contr ol voltage . The voltage is enlarged by driver chi p L MD18245t o drive the t w o -phase stepper mot or . The contr ol sign is input by the keyboard, and the frequency and the subdivided multi p le are dis p lay

5、ed by liquid crystal . The s oft w are based on uCL inux and M iniG U I p latfor m is designed . Multi -pur pose contr ol of the stepper mot or and 4096subdivisi on multi p le are realized in the syste m. Key words:stepper mot or; subdivisi on; AR M0引言嵌入式微机工业控制技术是20世纪以来在计算机应用实践中产生和发展起来的非常经济实用的一种自动化技

6、术, 它集电气、机械、计算机、通信等技术于一体, 具有速度快、工作方式灵活、可靠性高、信息处能力强等特点, 在工业领域中已得到广泛的应用. 目前国内工业控制中用的嵌入式工控设备的趋势是用16位或32位微处理器替代8位单片机1. 本设计采用32位嵌入式微处理器ARM , 将控制板、电源和被控制设备集成于一体, 形成嵌入式一体化工业控制机. 虽然利用AR M 只控制步进电机略显奢华, 但是对于多信息的受控对象而言, AR M 的优点将凸现无疑.1步进电机细分技术简介细分驱动技术在七十年代中期由美国学者首次提出, 基本原理是将绕组中的电流细分, 由常规的矩形波供电改为阶梯波供电, 此时绕组中的电流将

7、按一定的阶梯顺序上升和下降, 从而将每一自然步进行细分. , . , 减少转矩波动, 抑制振荡, 降低噪音, 提高步距分辨率2-5.针对两相/四相步进电机, 本设计采用电流矢量恒幅均匀旋转的细分方法. 细分后, A 、B 两相绕组电流对应的阶梯波.2硬件电路设计2. 1整体设计方案通过对以传统单片机、DSP 和以AR M 为核心控制器的三种方案进行比较, 选定以AR M 为核心控制器的控制方案6, 系统框图如图1所示. LPC2214控制L MD18245的运行, 同时通过并口输出数据给D /A芯片MAX526,MAX526的输出导向L MD18245,L MD18245驱动两相步进电机7 .

8、图1AR M 为核心的步进电机控制系统框图F i g . 1The chart of a stepper m otor subd i v isi oncon trol syste m ba sed on AR M2. 2ARM 微处理器2. 2. 1LPC2214简介1991年AR M 公司成立于英国剑桥, 目前基于AR M 技术的微处理器应用约占据了32位R I SC 微处理器75%以上的市场份额. 由于AR M7系列芯片技术成熟, 且相对于AR M9便宜, 故本次设计选LPC2214.LPC2214是基于一个支持实时仿真和跟踪的32位AR M7T DM I -ST M CP U 的微控制器

9、, 并带有256kB 嵌入的高速Flash 存储器; 128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行; 对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thu mb 模式将代码规模降低超过30%, 而性能损失却很小. 2. 2. 2M I 2C 存储器-30, 信号nRST 连接芯片的复位引脚nRESET . 当复位键RST 按下时, CAT1025J I -30的nRESET 引脚立即输出复位信号, 使LPC2214芯片复位 .图2AR M 复位电路F i g . 2AR M reset c i rcu it2. 3外围电路设计LPC2214的外围电路主要包括步进电机驱动

10、电路、D /A电路、键盘电路、显示电路、以太网网络接口电路、电源电路、电流检测电路等8.2. 3. 1步进电机驱动电路设计本设计选择NS 公司电机专用驱动芯片L MD18245, 它主要由断路放大器、电流感应放大器、比较器、单稳态及保护电路等部分组成. 它集成了过流保护、欠压保护、温度保护、防止死区导致短路等功能.L MD18245的DACREF 端接12位高速D /A芯片的输出端, 提高了细分倍数, 提高了步进电机的精度. A 相绕组驱动电路如图3所示. 2. 3. 2D /A电路的设计71第20卷第4期徐祖华等:基于AR M 的步进电机细分控制根据设计要求, 选用4路12位的MAX526D

11、 /A 芯片, 电压参考芯片选用MAX6325, 如图4所示. 采用+12V 供电, 8位数据总线. 数据通过两次写操作(低8位LS B , 高8位MS B 装入各输入寄存器. 并通过异步装载DAC 输入信号将输入寄存器数据装入DAC 寄存器. 基准电源信号REF AB (A 、B 模拟量基准输入 、REFCD (C 、D 模拟量基准输入 .3F i g . i ver图4D /A电路图F i g . 4D /Ac i rcu it2. 3. 3键盘电路的设计为了使系统有良好的人机交互界面, 特选专用的LED 驱动芯片Z LG7290. 图6为键盘电路, 表1为在软件部分定义的按键功能. 图5

12、中有16个按键, 使用I 2C 接口的键盘, Z LG7290对键盘进行扫描. Z LG7290采用3. 3V 电源, 复位引脚与系统复位信号nRST 相连, 当系统上电复位或手动复位是会同时复位Z LG7290. Z LG7290的键盘中断输出信号与LPC2214的中断引脚P0. 30相连, 当有键按下时, Z LG7290将会输出中断信号通知LPC2214. 2. 3. 4显示电路的设计为了加强人机交互界面的友好性, 特选用TFT 液晶屏-TFT6758液晶模块. 为了得到更高的数据传输率, 采用16位总线接口, 将I M 3和IM 0引脚接0电平, 16位数据分别为DB17DB10和DB

13、8DB1引脚电路连接如图6所示. 2. 3. 5以太网网络接口电路的设计本设计以RT L8019S 芯片为核心, 电路图如图7所示. LPC2214具有外部总线接口, 电路设计为16位总线方式对RT L8019AS 进行访问, 即数据总线D0D15与芯片的S D0S D15连接, 由于RT L8019AS 工作电源是5V 而LPC2214的I/O电压为3. 3V, 所以需在总线上串接470保护电阻.表1在软件部分定义的按键功能Table 1Keyboard functi onT AB (S13键 E NTER (S14键 ESC (S15键 BACK (S16键 9(S9键 0(S10键 -(

14、S11键 SP ACE (S12键 5(S5键 6(S6键 7(S7键 8(S8键 1(S1键2(S2键3(S3键4(S4键81南华大学学报(自然科学版 2006年12月 图5键盘电路F i g . 5Keyboard c i rcu it图6TFT6758液晶显示电路F i g . 6li qu i d cryst a l c i rcu it图7以太网接口电路F i g . 7Ethernet i n terface c i rcu it91第20卷第4期徐祖华等:基于AR M 的步进电机细分控制3步进电机细分程序设计本设计是在uCL I N UX 操作系统和M I N I G U I 环

15、境下, 采用周立功公司的GP I O 、键盘、液晶显示驱动程序, 用C 语言对AR M 进行编程, 通过按键对步进电机进行控制.细分驱动系统的软件结构框图如图8所示, 主要由主控程序、细分驱动程序、键处理程序、显示数据处理及显示驱动程序等部分组成. 细分驱动主控制程序控制整个程序的流程如图9所示, 主要完成程序的初始化和相关子程序的调用等.细分控制信号的输出采用ROM 查表法, 即根据“线性+正弦”波形方法和电流矢量法恒幅均匀旋转法, 产生波形数据, 存储于ROM 中, 通过查表输出符合细分倍数的数据. 档位系数, , 分. 通过设定循环增量基数(档位系数 , 使不同的细分档位对应不同的细分步

16、数, 实现多级细分驱动, 该系统最大细分步数为4096步. 针对步进电机启动频率和最高频率两个参数, 设计了加速和减速程序, 而正反转控制是通过改变通电相序来实现的.图otor i con troller图9步进电机细分驱动子程序流程图F i g . 9Flow chart of a stepper m otor subd i v isi on dr i ver4结束语本设计采用LPC2214控制, 通过D /A转换电路、L MD18245集成驱动芯片驱动步进电机. 本文提出并实现的步进电机均匀细分驱动器, 最高细分达到4096, 能适应大多数中小微型步进电机的可变细分控制、较高细分步距角精度

17、、及平滑运行等要求. 细分驱动器的系统功能完善, 大量新型智能集成元器件的采用, 使所设计的驱动器具有体积小、细分精度高、运行功耗低、可靠性高、可维护性强等特点. 系统软件基于uCL inux 和M iniG U I(下转第25页02南华大学学报(自然科学版 2006年12月第 20 卷第 4 期 娄 涛等 : 沸石粉强化混凝处理微污染水源水的试验研究 25 投加复合铝铁提高了 10%以上 ,沸石粉 +壳聚糖 去除有机物的效果比单独投加壳聚糖提高了 13%以上 . 4 由于沸石对于氨氮具有良好的吸附特性 , 而常规的混凝过程对氨氮去除效果甚微 , 故沸石 粉强化混凝对氨氮的去除效果随着沸石粉投

18、加量 的增加而提高 ,当沸石粉的投加量为 50 mg /L 时 , 沸石粉与复合铝铁及壳聚糖的强化混凝对氨氮的 去除率分别为 23. 5%和 21%. 参考文献 : 1 严子春 ,王 ,刘斐文 , 等 . 沸石 - 活性炭组合工艺 萍 36 - 38. 2 张玉先 ,李宪立 ,张 ,等 . O3 - 沸石 - GAC 处理常 敏 州运河微污染水源水研究 J . 给水排水 , 2002, 18 ( 11 : 3 - 7. 3 李德生 ,黄晓东 , 王占生 . 生物沸石反应器在微污染 水源水处理中的应用 J . 环境科学 , 2000, 21 ( 5 : 71 - 73. 4 蒋 ,娄金生 ,谢水

19、波 , 等 . 壳聚糖絮凝剂去除水源 明 水中有机物的实验研究 J . 水处理技术 , 2005, 31 (5 : 15 - 18. 5 王晓颖 ,金 ,陈 , 等 . 粉末状沸石去除微污染 伟 艳 水中氨氮的研究 J . 城市公用事业 , 2002, 16 ( 2 : 20 - 22. 处理微污染原水的研究 J . 给水排水 , 2002, 28 ( 1 : (上接第 20 页 功能丰富 ,通用性强 ,从而使控制系统更加灵活可 靠. 参考文献 : 1 周明安 ,朱光忠 . 步进电机驱动技术发展及现状 J . 机电工程技术 , 2005 (2 : 16 - 17. 2 雨宫好文 ,松井信行 .