步进电机控制系统设计

目录

第1章 DSP步进电机控制系统简介 (1)

1.1 TMS320LF2407 DSP简介 (1)

1.2两相步进电机结构 (2)

1.3两相步进电机的原理 (3)

1.4两相步进电机的供电方式 (3)

第2章 DSP硬件系统设计 (4)

2.1 系统总框图 (4)

2.2 各硬件介绍 (4)

2.2.1 TMS320LF2407芯片说明 (4)

2.2.2电源电路 (5)

2.2.3复位电路 (6)

2.2.5 LED电路 (7)

2.2.6 RAM (7)

2.2.7 步进电机驱动电路 (8)

2.2.8 74LS08电路 (9)

第3章软件设计 (10)

3.1 程序设计思路 (10)

3.2 程序流程图 (10)

3.3 程序设计 (11)

3.3.1 初始化程序 (11)

3.3.2 键盘扫描程序 (12)

3.3.3 中断服务程序 (13)

3.3.4 主程序 (14)

第4章编程与调试 (18)

4.1 调试步骤 (18)

4.2 调试结果 (19)

第5章致谢与总结 (20)

附录 (21)

总电路原理图 (21)

参考文献 (22)

第1章 DSP步进电机控制系统简介

1.1 TMS320LF2407 DSP简介

TMS320LF240x系列DSP是专为数字电机控制和其它控制系统而设计的。它内部不但有高性能的C2xx CPU内核，配置有高速数字信号处理的结构，且有单片电机控制的外设。TMS LF2407将数字信号处理的高速运算功能与面向电机的强大控制功能结合在一起，成为传统的多微处理器单元和多片系统的理想替代品，可用于控制功率开关转换器，可提供多电机的控制等。TMS LF2407采用诸如自适应控制、卡尔曼滤波和控制等先进的控制算法，支持多项式的高速实时算法，因而可减少力矩纹波、降低攻耗、减少振动，从而延长被控设备的寿命，TMS320LF2407采用4级流水线结构与改进的哈佛结构。片内外设及存储器资源如下:

（1）双8路或单16路的10位A/D转换器，转换时间为375ns（该指标视型号而不同）。

（2）片内存储器：32K字闪存、2.5K字RAM，其中包含544字的双端口RAM(DARAM)，2K字的单端口RAM(SARAM)。

（3）41个可独立编程的多路复用I/O引脚。

（4）两个事件管理器EV A、EVB，适用于控制各种类型的电机，为工业自动化方面的应用奠定了基础。两个事件管理器EV A、EVB包含有如下资源：2个16位通用定时器；8个16位PWM通道；对外部事件进行定时捕捉的3个捕捉单元，其中2个具有直接与光电编码器输出脉冲相连接的能力；防止击穿故障的可编程PWM死区控制。

（5）串行通信接口SCI模块。

（6）串行外设接口SPI模块。

（7）带锁相环PLL的时钟模块。

（8）5个外部中断（复位、两个驱动保护中断与两个可屏蔽中断）。

（9）CAN 2.0B模块，即控制器局域网模块。

（10）看门狗（WD）定时器模块。

（11）可扩展的192K字的空间，分别为64K字的程序存储器空间、64K字的数据存储器空间、64K字的I/O空间。

（12）用于仿真的JTAG接口。

1.2两相步进电机结构

图1.2两相步进电机结构图

电动机轴向结构如图2.1所示。转子被分为完全对称的两段，一段转子的磁力线沿转子表面呈放射形进入定子铁心，称为N极转子;另一段转子的磁力线经过定子铁心沿定子表面穿过气隙回归到转子中去，称为S极转子。图中虚线闭和回路为磁力线的行走路线。相应地定子也被分为两段，其上装有A、B两相对称绕组.同时，沿转子轴在两段转子中间安装一块永磁铁，形成转子的N、S极性。从轴向看过去，两段转子齿中心线彼此错开半个转子齿距。

1.3两相步进电机的原理

通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

1.4两相步进电机的供电方式

两相四线的步进电机，有两个绕组：A，B。在半步供电方式时，电机的通电方式采用顺序八拍一个循环给两相绕组供电为: 八拍，半步：(+A)(+B)--(+B)--(-A)(+B)--(-A)--(-A)(-B)--(-B)--(+A)(-B)--(+A)-。

两相混合式步进电动机还有一种供电方式为双4拍整步方式，即采用通电次序两相，四拍：(+A)(+B)--(-A)(+B)--(-A)(-B)--(+A)(-B)—。

第2章 DSP硬件系统设计

2.1 系统总框图

DSP系统由电源、锁相环、时钟、复位电路、JTAG仿真、RAM存储模块、LED显示等电路组成，系统框图如图2.1所示：

图2.1 系统总框图

2.2 各硬件介绍

2.2.1 TMS320LF2407芯片说明

封装类型:LQFP

工作温度最低:-40°C

工作温度最高:125°C

DSP类型:定点

MMAC:40

器件标号:320

存储器容量, RAM:5KB

封装类型:剥式

工作温度范围:-40°C to +125°C

接口类型:CAN, SCI, SPI

电源电压最大:3.6V

电源电压最小:3V

针脚数:144

频率:30MHz

2.2.2电源电路

系统采用TPS7333Q进行3.3V电压的转换对最小系统供电，并添加滤波电容。电源电路图如图2.4所示。

图2.2 电源电路图