基于Cortex-M3處理器的步進電機控制系統(tǒng)

　　Cortex-M3是ARM公司最新推出的基于ARMv7體系架構(gòu)的處理核。步進電機已被廣泛的應(yīng)用于位置、速度等控制領(lǐng)域。文中基于Cortex-M3核設(shè)計了具有人機交互界面的步進電機控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)以片上外設(shè)豐富的Cortex-M3核ARM芯片為核心，對人機交互界面、電機模塊的設(shè)計進行了詳細(xì)分析。在軟件上給出了系統(tǒng)的主程序流程圖。與其他電機控制系統(tǒng)相比，該設(shè)計系統(tǒng)具有操作簡單、控制精度高等優(yōu)點。

　　步進電機的控制方式是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移，在未超載的情況下，步進電機的速度和位置分別取決于脈沖頻率以及脈沖個數(shù)。步進電機控制方便，在眾多行業(yè)都得到廣泛的使用，諸如數(shù)控機床、機械包裝等機械行業(yè)、機器人等電子行業(yè)、還有醫(yī)療設(shè)備等眾多領(lǐng)域。在實際的工程應(yīng)用中，由步進電機控制器發(fā)送脈沖和方向信號，通過控制脈沖信號的個數(shù)來實現(xiàn)角位移量的大小，按照方向信號的指示轉(zhuǎn)動角度，從而通過驅(qū)動器實現(xiàn)和完成步進電機的復(fù)雜運動。步進電機控制器也可采用PLC系統(tǒng)。PLC具有易操作、可靠性高的優(yōu)點，但成本較高。隨著研究的不斷深入和技術(shù)的不斷優(yōu)化，單片機的片上外設(shè)更加豐富，實際應(yīng)用的可靠性和保障性不斷增強，且價格也相對于PLC便宜。因此，對步進電機的控制正逐步由單片機實現(xiàn)。ARM Cortex—M3處理器專為低功耗、小尺寸、短的中斷延時和優(yōu)越的確定性而設(shè)計，它的價格與8位和16位器件相同，卻具有32位器件的性能，且所有器件都以小型封裝形式提供。

　　1系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　1.1總體設(shè)計

　　系統(tǒng)主要由STM32主控制器、電機模塊和觸摸屏模塊3部分組成。系統(tǒng)主控制器選用STM32F103VBT6來對電機進行控制，通過I/O口與電機模塊連接，通過UART與觸摸屏模塊連接，主控制器通過采集觸摸屏的按鍵信息實現(xiàn)對電機的控制，具體框圖如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

　　1.2 STM32F103VBT6微控制器

　　STM32F103VBT6單片機芯片搭配ARMv7 Cortex—M3版高性能內(nèi)核，工作頻率最高可達72 MHz.采用3級流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨立的指令和數(shù)據(jù)以及外設(shè)總線，使得代碼執(zhí)行速度高達1.25 MIPS/MHz.內(nèi)置128 kB的閃存和20 kB的靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)，同時還具備豐富的增強I/O端口和外部設(shè)備。該芯片工作的溫度范圍為-40～+85℃，供電電壓為2.0～3.6 V，同時具有功耗低的優(yōu)點，使得STM32F103微控制器適于工業(yè)控制、手持設(shè)備和汽車電子等多種應(yīng)用領(lǐng)域。

　　1.3電機模塊

　　系統(tǒng)采用SPGT62C19B電機控制模組中的步進電機部分，SPGT62C19B電機控制模組主要是為學(xué)習(xí)步進電機和直流電機的控制而設(shè)計的套件。此模組采用凌陽SPGT62C19B電機驅(qū)動芯片，可驅(qū)動一臺雙極性兩相步進電機或兩臺直流電機。使用時，用輸出選擇跳線來選擇芯片控制的電機，模組的平面圖如圖2所示。

　　圖2 電機控制摸組結(jié)構(gòu)圖

　　(1)主要接口說明。1)電機控制接口：模組與單片機的接口，為10PIN排針，可直接與“STM32F103VB”相連，以實現(xiàn)對電機的控制。2)步進電機接口：接口類型為4PIN插針形式，SPGT62C19B驅(qū)動芯片和兩相步進電機通過該接口連接。3)步進電機：永磁式步進減速電機，型號為35BYJ26，工作方式是兩相4拍。在步進電機的面板上附帶刻度盤，能在觀察步進電機實驗中的轉(zhuǎn)動狀態(tài)。