基于DSP實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)

引 言

　　DSP（Digital Signal Processor）是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號處理運(yùn)算的微處理器，其采用先進(jìn)的軟、硬件結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部的程序空間和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)，并且具有事件模塊管理功能及快速的中斷處理功能，其以高性能及日趨低價(jià)位的特點(diǎn)，越來越廣泛地應(yīng)用于信息處理、控制系統(tǒng)中。TMS320LF2407芯片作為一款定點(diǎn)DSP控制器尤為適合于控制系統(tǒng)，其所包含的事件管理模塊，可以極為方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)數(shù)字化控制。步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)的一種常見的執(zhí)行元件，其接收數(shù)字控制信號（電脈沖信號），并轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的角位移或直線位移。步進(jìn)電機(jī)具有開環(huán)控制無累計(jì)誤差的優(yōu)點(diǎn)，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，因而得到了廣泛的應(yīng)用。本文所介紹的是一種基于TMS320LF2407實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

　　整個(gè)系統(tǒng)分為五個(gè)部分組成：DSP中央控制器TMS320LF2407，步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)，光電編碼器，鍵盤及液晶顯示部分，以及整個(gè)系統(tǒng)的外圍電源電路及看門狗復(fù)位電路組成，如圖1所示。在這個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由鍵盤設(shè)定給定轉(zhuǎn)速（位置），通過中央控制器TMS320LF2407來產(chǎn)生PWM脈沖信號來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速（位置），可以采用光電編碼器對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速（位置）進(jìn)行采樣檢測實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，也可以采用開環(huán)控制無需轉(zhuǎn)速（位置）信號，以上過程中的多個(gè)變量、參數(shù)可以在液晶顯示屏上得到直觀地反映。整個(gè)硬件結(jié)構(gòu)簡單直觀，中央控制器TMS320LF2407還剩余豐富的I/O及中斷資源，在此設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上具有一定的擴(kuò)展空間。

圖1 硬件原理方框圖

　　本設(shè)計(jì)采用的是55BF03型三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其接收數(shù)字控制信號（電脈沖信號），并轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的角位移或直線位移。此設(shè)計(jì)是用中央控制器TMS320LF2407產(chǎn)生的PWM環(huán)形脈沖信號經(jīng)過信號分配以及功率放大傳送給步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的角位置或直線位移控制，所以此步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由以下幾部分組成，脈沖信號，信號分配，功率放大，步進(jìn)電機(jī)及負(fù)載，如下圖2所示。在這個(gè)設(shè)計(jì)中基于對力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面的考慮，在這里設(shè)計(jì)成產(chǎn)生一個(gè)三相六拍信號來進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的控制，通電順序?yàn)锳-AB-B-BC-C-CA，步距角為1.5°,功率放大采用的是典型的單壓驅(qū)動(dòng)方式。

圖2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方框圖

　　光電編碼器的選擇，可以選擇增量式編碼器或絕對值編碼器，前者適用于速度檢測，后者適用于位置檢測。編碼器的A、B信號與正交解碼脈沖單元QEP相對應(yīng)的引腳連接，可以檢測出步進(jìn)電機(jī)的速度（位置），并且能夠判斷出步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。

　　在顯示方面，由于液晶顯示器（LCD）點(diǎn)陣式或圖形式不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線和漢字，并且可以實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動(dòng)、動(dòng)畫、閃爍、文本顯示等功能，功耗小、體積小、質(zhì)量輕、超薄等諸多其它顯示器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，用途十分廣泛。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中用到的是HY-12864圖形液晶顯示器，它內(nèi)置兩塊HD61202液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)器，此屏幕的最大顯示范圍為128＊64。HY-12864引出的以下控制信號：讀寫信號（R/W）、數(shù)據(jù)或指令信號（RS）、左、右屏片選信號（CS1、CS2）、使能信號（E）及數(shù)據(jù)總線（DB0――DB7），由TMS320LF2407的I/O口直接控制，連接原理圖如下圖3所示。