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1、机电工程技术2!0""07#年第$36%卷第0"%6期测控技术基于ARM单片机的步进电机控制系统设计孙祥国(四川理工学院,四川自贡643000)摘要:基于单片机的控制系统已经广泛地应用在人们生活的方方面面,其功能也越来越强大。本文介绍一种以ARM单片机为核心的步进电机控制系统,该系统可在提高精度的同时降低生产成本,是步进电机控制系统改善和提高的一条有效途径。关键词:控制系统;单片机;ARM;步进电机中图分类号:TP273文献标识码:A文章编号:1009-9492(2007)06-0071-031引言其特点
2、如下:采用ARM7TDMI内核,I/O电压3.3V,内步进电机是数字控制系统中的一种重要执行元件,广核电压2.5V;内置锁相环(PLL),系统主频高达泛应用在各种自动化控制系统和机电一体化设备中。目前66MHz;4种工作模式,可以实现电源管理以降低工作功打印机、绘图仪、机器人、数控机床等设备都以步进电机耗;8KB的系统高速缓存(cache),极大地提高了系统为动力核心。随着步进电机在工业控制系统中的应用不断运行速度。它还支持8个MEMORYBANK,最大外部存增加,对步进电机的控制系统提出越来越高的要求。
3、储空间达256M,并且支持SDRAM;内置彩色LCD控制目前国内工业控制场合中用的嵌入式工控设备大多采器,2路异步串口(UART);71个通用I/O口;8路模/用的是以8位单片机(如MCS-51)为内核,有价格低廉、数转换器(ADC);实时时钟(RTC)和看门狗电路设计较容易、能达到一般要求的优点,但也存在着存储容(WATCHDOG)。S3C44B0X的存储系统地址空间分为8量小,独立工作时功能较弱,较强功能要与PC机联机才个存储体,每个存储体可达32M总共可达256M;每能实现,实时性能不强,人机交互复
4、杂,操作不方便等问BANK数据总线位数可设置为8/16/32;7个存储体的初题。如选用功能强大的32位嵌入式微处理器ARM来代替始位置确定,空间大小可设置;1个BANK的初始位置和8位单片机,再把控制板与电源、步进电机和被控设备集空间大小都可设置,BANK0分配给自举ROM,BANK6成于一体,将形成嵌入式一体化工业控制机。ARM对步进和BANK7通常分配给SDRM,普通设备放在其他BANK上[2]。S3C44B0X能实现比较复杂的控制,非常适用于电机控制有高的实时性、可靠性;能满足人机界面友好,开发环境
5、友善,可操作性高,成本低等特别要求。在步进工业控制和过程控制。电机控制系统中,在工件需做往返运动或需要精确定位等3步进电动机的工作原理场合,将会使这种嵌入式系统得到广泛应用。如可用作为步进电动机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移气动加工、激光加工、自动焊接设备的控制系统等。或直线位移的执行机构。在不超载的情况下,电机的转文章采用基于ARM7TDMI内核的S3C44B0X处理器为速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不中央处理器,实现对步进电机驱动位移和速度的高精度显受负载变化的影响;即给电机加
6、一个脉冲信号,电机则转示和控制。过一个步距角,同时通过改变通电顺序,可以改变电机旋2ARM7TDMIS3C44B0X单片机概述转方向。步进电机的种类很多,按结构可分为反应式和激基于系统的实际要求、成本和将来产品升级的考虑,励式两种,按相数分则可分为单相,两相和多相三种。系统采用Samsung公司的ARM7TDMI系列芯片的步进电机的主要特性如下。S3C44B0X,它包含ARM7TDMI处理器。ARM7TDMI处(1)步进电机步距角与脉冲数成严格的正比线性关理器是ARM公司通用的32位微处理器家族的成员之一
7、,系,而不受负载变化的影响。是一种高性能、廉价、低功耗的RISC处理器,同时又具(2)步进电机只有周期性的误差,步进电机运转一周有非常丰富的片上资源,非常适合嵌入式产品的开发[1]。后没有累积误差。收稿日期:2007—04—1771测控技术机电工程技术2!"00"7#年第$36%卷第"06%期(3)步进电机的动态响应快,易于起动,停止,正反(2)信号分配转及速度响应性好。通过CPLD(复杂可编程逻辑器件)控制器进行脉冲(4)改变脉冲的顺序,可以方便的改变转动的方向。分配,被控对象选择的是四相式步进电机。四
8、相电机工作(5)步进电机停止时具有自锁能力。方式有二种,四相四拍为AB-BC-CD-DA-AB,步距角为(6)一般步进电机需要专门的伺服控制器进行控制,18度;四相八拍为AB-B-BC-C-CD-D-DA-A-AB,(步不能够直接使用普通的交流或直流电源驱动。步进电机必距角为9度)。须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成驱动控制系统(3)功率放大方可使用[3][4]。功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在4控制系统组成及
