基于arm的步进电机控制系统本科学位论文.doc

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1、目录1引言12半导体STM32单片机简述12.1　STM32功能特性概述13步进电机的特点23.1步进电机驱动方法及软硬件实现23.2步进电机控制原理34.总体设计方案44.1设计思路44.2硬件设计方案44.2.1ARM控制程序54.3复位电路54.5控制电路64.6步进电机驱动电路74.7系统软件程序设计75.实习结论8参考文献9附录1驱动电路PCB10附录2主程序1117基于ARM的步进电机细分驱动控制设计1引言步进电机能将输入的电脉冲信号转换成输出轴的角位移或直线位移。这种电机每输入一个脉冲信号，输出轴便转动一定的角度或前进一步，因此又被称作脉冲电机

2、或步级电机。步进电机输出轴的角位移量与输入脉冲数成正比，不受电压以及环境温度的影响，也没有累积的定位误差，因此控制输入的数字脉冲数即可实现电机的精确定位；而步进电机输出轴的转速与输入的脉冲频率成正比，控制输入的脉冲频率就能准确的控制步进电机的转速，可以实现在宽广的范围内精确调速。由于步进电机的这一特点正好符合数字控制系统的要求，同时电子技术的发展也解决了步进电机的电源问题。因此随着计算机技术和数字控制技术的发展，步进电机的应用也日益广泛。目前，步进电机应用于磁盘驱动器、数控机床、轧钢机、机器人、以及自动化仪表等方面。2半导体STM32单片机简述STM32采用

3、ARM公司最新的Cortex-M3内核，具有运行速度高、处理能力强、外设接口丰富等特点。由于其低廉的价格和很强的控制、运算性能，被广泛运用于电机控制。其具体性能指标如下：1)工作频率：最高72MHz;工作温度范围：-40～+85℃;宽电压供电：2.0～3.6V;2)128k字节的闪存存储器和16k的SRAM;3)12位16通道AD转换器具有双采样和保持功能，转换时间最短1μs。4)3个16位通用定时器，每个定时器有多达4个通道，用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲输出;1个16位带死区控制盒紧急刹车，用于电机控制的PWM高级控制定时器。2.1　STM32功能

4、特性概述STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。按性能分成两个不同的系列：STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”17系列。增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是16位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA

5、/MHz。图1STM32B2M103X3步进电机的特点步进电机具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点，因此具有瞬间起动与急速停止的优越特性。步进电动机与一般的电动机不同，只接电源时不能转动，每加次脉冲信号后仅转动一定的角度。它可以精确地控制转动的角度，还可以实现开控制，其控制精度也很高。而且输出的转角或位移精度高，误差不会积累；更重要的是控制系统结构简单，可以直接驱动机器人的关而不需要减速装置。因此，虽然直流电机伺服系统、交流电机伺服系统在计算机控制系统中被普遍地使用，步进电机仍广泛用于简易数控机床、送料机构、仪器、仪表等领域。173.1步进电机驱动方法及软硬

6、件实现步进电机驱动的组成包括变频信号源、脉冲分配器和功率放大器部分。(1)脉冲信号：一般由时钟芯片或单片机等产生，一般要求脉冲信号的频率可变，以控制电机的转速的变化。(2)控制信号：根据不同的步进电机和实际需要，采用适当的控制方式。(3)驱动：功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩，取决于它的动态平均电流而非静态电流。平均电流越大电机力矩越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电动势。因而不同的场合采取不同的驱动方式。在这里的驱动是基于ARM的两相步进电机的驱动，也就是说软件中我们是采用ARM进行编程从而实现控制电机的转动

7、，从GPIO口输出脉冲，由于发出的电流等都很小，要加一个功率放大电路再接到电机上，才能驱动电机转起来。3.2步进电机控制原理步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。您可以通过控制脉冲个来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC5V—DC12V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进

8、电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转