步進(jìn)電機(jī)是通過(guò)輸入脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制

1、引言步進(jìn)電機(jī)是通過(guò)輸入脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制，電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)自動(dòng)化程度的提高，步進(jìn)電機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域中被廣泛使用。在很多的實(shí)際應(yīng)用中，常常需要多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)工作于同一個(gè)系統(tǒng)中，但是每臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)距離卻各不相同。這種情況下，可以采用每臺(tái)電機(jī)單獨(dú)運(yùn)行，順序控制的方法，這種方法明顯的缺點(diǎn)是效率低。針對(duì)這種情況，本文提出利用STM32系列單片機(jī)的先進(jìn)特性如DMA以及多

2、條PWM輸出通道，在同一系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)同步運(yùn)行的優(yōu)化控制系統(tǒng)研究。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用STM32F10X系列單片機(jī)作為主控芯片，該芯片是一款A(yù)RMCtexM3內(nèi)核的處理器，很適合在控制領(lǐng)域應(yīng)用，具有速度快，效率高，價(jià)格低，以及豐富的外設(shè)功能等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)STM32具有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：在CtexM3架構(gòu)上進(jìn)行了多項(xiàng)改進(jìn)，在提升性能的同時(shí)，所有新功能都具有較低的功耗，其內(nèi)核電壓為1.8V，芯片電壓為3.3V，可以選擇睡眠模式、待機(jī)模

3、式，保證低功耗應(yīng)用的要求；相對(duì)于ARM系列的其他芯片，STM32運(yùn)行速度更快；7個(gè)TIM最多可以產(chǎn)生28個(gè)精準(zhǔn)的PWM信號(hào)，方便地用于步進(jìn)電機(jī)控制；豐富的通信模塊便于上位機(jī)進(jìn)行通信[1]。另外STM32還配備了相當(dāng)完善的DMA資源：兩個(gè)DMA控制器共有12個(gè)通道（DMA1有7個(gè)通道，DMA2有5個(gè)通道），每個(gè)通道專門用來(lái)管理來(lái)自于一個(gè)或者多個(gè)外設(shè)對(duì)存儲(chǔ)器訪問(wèn)的DMA請(qǐng)求，還有一個(gè)仲裁器來(lái)協(xié)調(diào)各個(gè)DMA請(qǐng)求的優(yōu)先權(quán)。根據(jù)使用步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際

4、情況，應(yīng)該采用相對(duì)于的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器分為2相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、3相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、5相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器等不同種類，通常情況下，其驅(qū)動(dòng)電流可調(diào)，驅(qū)動(dòng)電流的細(xì)分?jǐn)?shù)也可調(diào)。本系統(tǒng)采用3臺(tái)兩相四線制步進(jìn)電機(jī)，采用2HB504MA來(lái)驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)總體方案如圖1所示。步控制。依照此類方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的同步控制[]。2.2通過(guò)DMA功能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制通常是通過(guò)定時(shí)器中斷方式產(chǎn)生脈沖升速或減速的頻率和步數(shù)已經(jīng)以數(shù)組的方式存儲(chǔ)在單片機(jī)的FLASH中，數(shù)組中的

5、數(shù)據(jù)必須結(jié)合電機(jī)的資料和反復(fù)的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定最佳的值。把升減速表的第一個(gè)值裝入定時(shí)器TIM1的裝載寄存器，啟動(dòng)定時(shí)器TIM1，而后在每個(gè)定時(shí)器中斷到來(lái)時(shí)，首先輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，然后根據(jù)已走的步數(shù)查表得出下一步進(jìn)脈沖信號(hào)需要的頻率來(lái)更新定時(shí)器的裝載值，最后退出中斷[]。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性好，在中斷中可以實(shí)現(xiàn)各種算法。缺點(diǎn)是CPU的占用率高，尤其是控制那些使用高細(xì)分?jǐn)?shù)的步進(jìn)電機(jī)控制器在高轉(zhuǎn)速時(shí)，需要很高頻率的脈沖信號(hào)，單片機(jī)運(yùn)算時(shí)間被定時(shí)器

6、中斷大量占用，特別是系統(tǒng)中存在多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行的情況。如圖3所示，定時(shí)器中斷與步進(jìn)脈沖的關(guān)系。定時(shí)器中斷與步進(jìn)脈沖的關(guān)系針對(duì)這種多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行，CPU占用率過(guò)高的情況，提出通過(guò)DMA功能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。CPU最重要的工作是進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算，搬運(yùn)數(shù)據(jù)是其眾多職能中比較不重要的一種。DMA就是存儲(chǔ)器直接存取在搬運(yùn)數(shù)據(jù)的效果上，使用DMA比使用CPU來(lái)執(zhí)行顯得快速而高效得多。這種方法的基本思想就是：首先把存放步進(jìn)脈沖頻率表值得地址作為D