基于LPC2131的步进电机细分的课程设计实验报告

1、第17页 课程设计（论文） 题 目：基于ARM的步进电机细分驱动控制设计 院 （系）：电 控 学 院 专业班级：自 动 化 * 班 姓 名：* 组 号：* 指导教师：* 2012年 1 月 5 日 目 录第一章 绪论1.1ARM技术的发展1.2ARM技术得以应用领域1.3ARM微处理器的特点第二章 步进电机细分控制方案2.1步进电机细分技术简介2.2硬件电路设计2.3.模块原理框图2.4.结论第三章 总结附录A步进电机驱动电路原理图附录B步进电机驱动程序 第一章 绪论1.1ARM技术的发展 ARM公司的IP核已经由ARM7,ARM9发展到今天的ARM11版本。ARM11囊括了Thumb-2,C

2、oreSight,TrusZone 等众多业界领先技术，同时由单一的处理器内核向多核发展，为高端的嵌入式应用提供了强大的处理平台。高集成度SOC芯片的采用可以带来一系列好处，诸如减少了外围器件和PCB面积，提高系统抗干扰能力，缩小产品体积，降低功耗等。 ARM 公司是一家IP供应商，其核心业务是IP核以及相关工具的开发和设计。半导体厂商通过购买ARM公司的IP授权来生产自己的微处理器芯片。由此以来，处理器内核来自ARM公司、各芯片厂商结合自身已有的技术优势以及芯片的市场定位等因数使芯片设计最优化，从而产生了一大批高度集成、各据特色的SOC芯片。例如Intel公司的XScale系列集成了LCD控

3、制器、音频编/解码器，定位于智能PDA市场；Atmel公司的AT91系列片内集成了大容量 Flash和RAM、高精度A/D转换器以及大量可编程I/O端口，特别适合于工业控制领域；Philips公司的LPC2000系列片内集成了128位宽的零等待Flash存储器以及I2C, SPI,PWM,UART等传统接口，极高的性价比使它对传统的8/16位MCU提出了严峻的挑战。本次设计仍使用的ARM7系列。1.2ARM技术得以应用领域到目前为止，ARM微处理器及技术的应用已经广泛深入到国民经济的各个领域：1、工业控制领域：作为 32 的 RISC 架构，基于 ARM 核的微控制器芯片不但占据了高端

4、微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的 8 位 /16 位微控制器提出了挑战。2、网络应用：随着宽带技术的推广，采用 ARM 技术的 ADSL 芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM 在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对 DSP 的应用领域提出了挑战。 3 、消费类电子产品： ARM 技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。 4、 成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用 ARM 技术。手机中的 32位 SIM 智能卡也采用了 ARM 技术。 除此以外， ARM 微处理器及技

5、术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更加广泛的应用。1.3ARM微处理器的特点 ARM微处理器采用RISC指令集、使用大量寄存器、ARM/THUMB指令支持、三/五级流水线具有低功耗、低成本、高性能等特点。 第二章 步进电机细分控制方案2.1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。步进电机细分控制的本质是通过对励磁绕组中的电流控制，使步进电机合成磁场为均匀离散化的圆形旋转磁场。采用细分驱动技术可以改善步进电机的运行品质，减少转矩波

6、动、抑制振荡、降低噪音、提高步距分辨率。2.2硬件电路设计 所用元件：ARM开发板、电机驱动ULN2003、12864液晶显示、 步进电机28BYJ48 5VDC12864液晶显示简介： 12864是128*64点阵液晶模块的点阵数简称 ，液晶屏类型： STN FSTN ，模块显示效果：黄绿底黑字、蓝底白字、白底黑字 ，驱动方式 ：1/64 DUTY 1/9 BIAS ，背光： LED白色 、LED黄绿色，控制器： KS0108或兼容 ST7920 T6963C， 数据总线：8 位并口/6800 方式 串口， 工作温度：-20+70 储藏温度：-30+80 点阵格式 ：128 x 64 ，现实

7、角度：6：00直视基本用途：该点阵的屏显成本相对较低，适用于各类仪器，小型设备的显示领域。其接线图如下所示： 图1.1 12864液晶显示与LPC2131接口接线图电机驱动ULN2003简介： ULN2003 是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN 复合晶体管组成。ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。输入5VTTL电平，输出可达500mA/50V。ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅NPN达林顿管组成。 图1.2 ULN2003芯片引脚图该电路的特点如下: ULN2003的每一对达林顿都串联一个

8、2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路 直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。其接线图如下所示： 图1.3 ULN2003与LPC2131以及四相步进电机接口图步进电机28BYJ-48-5VDC简介：图1.4 28BYJ-48-5VDC步进电机是四相五线制电机，中间部分是转

9、子，由一个永磁体组成，边上的是定子绕组。当定子的一个绕组通电时，将产生一个方向的电磁场，如果这个磁场的方向和转子磁场方向不在同一条直线上，那么定子和转子的磁场将产生一个扭力将定子扭转。 依次改变绕组的磁场，就可以使步进电机正转或反转(比如通电次序为A-B-C-D正转，反之则反转)。而且按照通电顺序的不同，可分为单四拍(A-B-C-D)、双四拍(AB-BC-CD-DA)、单双八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA)三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。其接线图

10、如图1.3所示。2.3.模块原理框图二极管指示LPC2131最小系统步进电机28BYJ-48步进电机驱动ULN2003液晶显示2.4.结论 此次基于ARM的步进电机细分驱动控制设计，由于相关知识的不成熟，我们目前只实现了对步进电机正反转控制以及三种运行方式（单四拍、双四拍、单双八拍）的选择控制，并且实现了在12864液晶显示屏上显示相关的信息。此次课程设计还存在一些问题，比如步进电机的抖动问题没有解决，液晶显示的效果也不怎么好，没有显示步距角及速度等等。所有这些问题还有待于在进一步制作中探讨、解决并完成制作。目前所做的部分只是实现了步进电机控制的基本功能，在此基础上还可以增加更多的运行方式、角

11、度显示和测速等环节，使电机的功能更加完善，最终投入到实际的应用当中去。2.5 致谢 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】许大中、贺益康，电机控制【M】杭州：浙江大学出版社、2002【3】周立功、陈明计、陈渝，ARM嵌入式Linux系统构建与驱动开发范例【M】： 北京航空航天大学出版社，2006附录A步进电机驱动电路原理图附录B步进电机驱动程序* 文 件 名：main.c* 功 能：LED显示控制。* 通过GPIO控制步进电机* 说 明：将跳线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 /反转#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，选择低电平串行模式#define RST 10; dly-) for(i=0; i5000; i+); /* 名 称：MOTO_Mode1()* 功 能：单四拍程序* 入口参数：uint8 i延时参数，值越大，延时越久* 出口参数：无*/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); /显示汉字界面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 称：MOTO_Mode2()* 功 能：双四拍程序* 入口参数：uint8 i延时参数，值越大，延时越久* 出口参数：无*/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); /显示汉字界面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 称：MOTO_Mode3()* 功 能：单双八拍程序* 入口参数：uint8 i延时参数，值越大，延时越久* 出口参数：无*/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); /* 名称：delay()* 功能：延时程序*/void delay(unsigned int m) unsigned int i,j; for(i=0;im;i+) for(j=0;j50;j+);/* 名称：initinal()* 功能：LCD12864字库初始化*/ initinal(void) de

25、lay(40); /大于40ms的延时程序 IO0SET=PSB; /设置为串行工作方式 delay(1); IO1CLR=RST; /复位 delay(1); IO1SET=RST; /复位置高 delay(10); TransferCom(0x30); /8bit设置。RE=0.G=0，图片显示关 delay(100); TransferCom(0x0C); /D=1,显示开 delay(100); TransferCom(0x01); /清屏 delay(10); TransferCom(0x06); /模式设置，光标从右向左加1位移动 delay(100);/* 名称：lcd_mesg()* 功能：在LCD12864上显示汉字*/void lcd_mesg(unsigned char *adder1) unsigned char i; TransferCom(0x80); delay(100); for(i=0;i32;i+) TransferData