基于Cortex-M3处理器的步进电机控制系统

器件都以小型封装形式提供［4］。
1 系统硬件设计
1. 1 总体设计 系统主要由 STM32 主控制器、电机模块和触摸屏
模块 3 部分组成。系统主控制器选用 STM32F103VBT6 来对电机进行控制，通过 I / O 口与电机模块连接，通过 UAＲT 与触摸屏模块连接，主控制器通过采集触摸屏 的按键信息实现对电机的控制，具体框图如图 1 所示。
收稿日期： 2014-02-28 作者简介： 白玉（1969—） ，女，硕士，副教授，硕士生导师。 研究 方 向： 嵌 入 式 系 统 应 用。E-mail： baiyu6906 @ sina. com。 刘冰 （ 1988—） ，女，硕 士 研 究 生。研 究 方 向： 嵌 入 式 系 统 应用。
图 3 主控芯片与电机模组的连接示意图
PH1 和 PH2 控 制 电 机 转 动 方 向，SPEED 用 于 测 速。I01 与 I11 、I02 与 I12 分别控制着通道 1 和通道 2 的电 流大小。以通道 2 为例，控制口 I02 与 I12 的不同逻辑组 合可使通道 2 输出端输出不同大小的电流。
BAI Yu，LIU Bing，LI Zhi （ School of Electronic and Information Engineering，Shenyang Aerospace University，Shenyang 110136，China）
Abstract Cortex-M3 is the latest AＲMv7 architecture-based processing core released by AＲM． The stepper motor has been widely used in the control field such as position and speed． This paper designs a stepper motor control system based on the Cortex-M3 core with human-computer interaction． The Cortex-M3 based AＲM controller， which has rich on-chip peripherals，is the core of the system． The design of the human-computer interaction and the motor module are analyzed in detail． The software is presented on the system main flow chart． Compared with other motor control systems． the system has simple operation and high control accuracy．
关键词 Cortex － M3； 步进电机； 人机交互； 触摸屏 中图分类号 TP271 + . 4； TM383. 6 文献标识码 A
文章编号 1007 － 7820（2014）10 － 043 － 03
Design of a Stepper Motor Control System Based on the Cortex-M3
（2） 步进电机共引出 4 根控制线。其中，1 A 与 1 B、2 A 与 2 B 分别是电机内两组线圈的两个抽头。 以不同的顺序控制两组线圈中的电流方向可使步进电 机按照不同的方向转动。两相步进电机的 4 根控制线 分为两组，分别与 SPGT62C19B 驱动芯片的两个输出 通道连接，通过 SPGT62C19B 芯片的 6 个控制引脚使 两个输出通道发出驱动步进电机的脉冲信号。
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表 1 步进电机控制线
控制线颜色
蓝
黄
粉
橙
控制线名称
1A
1B
2Aຫໍສະໝຸດ Baidu
2B
1. 4 触摸屏模块 设计采用迪文 DMT64480T056 － 01W 智能显示终端，
其拥有集成的标准字库、可选择操作模式、图形界面操作、 多控制器选择等特点。液晶触摸屏主要用于显示速度、 时间、距离以及能提供外界选择功能的选择按钮［9 －13］。
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白玉，等：基于 Cortex － M3 处理器的步进电机控制系统
图像·编码与软件
图 5 软件主界面
图 6 生成配置文件窗口
2 系统软件设计
首先 STM32 通过对触摸屏的动态扫描采集到控制指 令，再对相关采集数据进行分析处理，以控制外部步进电 机和显示电路的工作状态，主程序流程如图 7 所示。
速度等控制领域。文中基于 Cortex － M3 核设计了具有人机交互界面的步进电机控制系统。整个系统以片上外设丰富的
Cortex － M3 核 AＲM 芯片为核心，对人机交互界面、电机模块的设计进行了详细分析。在软件上给出了系统的主程序
流程图。与其他电机控制系统相比，该设计系统具有操作简单、控制精度高等优点。
Keywords Cortex-M3； stepper motor； human-computer interaction； touch screen
步进电机的控制方式是将电脉冲信号转换为角位 移，在未超载的情况下，步进电机的速度和位置分别取 决于脉冲频率以及脉冲个数。步进电机控制方便，在 众多行业都得到广泛的使用，诸如数控机床、机械包装 等机械行业、机器人等电子行业、还有医疗设备等众多 领域［1］。在实际的工程应用中，由步进电机控制器发 送脉冲和方向信号，通过控制脉冲信号的个数来实现 角位移量的大小，按照方向信号的指示转动角度，从而 通过驱动器实现和完成步进电机的复杂运动。步进电 机控制器也可采用 PLC 系统。PLC 具有易操作、可靠 性高的优点，但成本较高［2］。随着研究的不断深入和 技术的不断优化，单片机的片上外设更加丰富，实际应 用的可靠性和保障性不断增强，且价格也相对于 PLC 便宜。因此，对 步 进 电 机 的 控 制 正 逐 步 由 单 片 机 实 现［3］。AＲM Cortex － M3 处理器专为低功耗、小尺寸、 短的中断延时和优越的确定性而设计，它的价格与 8 位和 16 位器件相同，却具有 32 位器件的性能，且所有
STM32F103VBT6 微控 制 器 作 为 主 控 芯 片，通 过 I / O端口对 SPGT62C19B 电机驱动芯片进行控制，从而 实现对步进电机的控制。系统连接图如图 3 所示。
图 4 触摸屏界面
界面制作使用 SysDefDownload 文件，代码选择指 定代码，如图 5 所示，命令代码：在本次实验中加速为 0x01、减速为 0x02、启动为 0x03、停止为 0x04、正转为 0x05、反转为 0x06、暂停为 0x07；最后点击生成 bin 文 件，如图 6 所示。
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2014 年第 27 卷第 10 期 Electronic Sci. ＆ Tech. / Oct. 15，2014
图像·编码与软件
基于 Cortex － M3 处理器的步进电机控制系统
白 玉，刘 冰，李 智
（ 沈阳航空航天大学 电子信息工程学院，辽宁 沈阳 110136）
摘 要 Cortex － M3 是 AＲM 公司最新推出的基于 AＲMv7 体系架构的处理核。步进电机已被广泛的应用于位置、
STM32 开发板引出了两路 UAＲT，UAＲT1 （ CN11） 和 UAＲT2 （ CN6 ） ，本 文 通 过 UAＲT1 与 触 摸 屏 相 连 的［9 － 10］。两路串口均连接到 DB9。触摸屏界面中要 包括：启动、停止、暂停、正转、反转、加速、减速。基于 以上的内容选择了如图 4 所示的界面。
表 2 控制脚 I02 与 I12 的逻辑组合与输出电流的关系
I02 逻辑值
I12 逻辑值
输出电流
0
0
Imax
0
1
1 /3 × Imax
1
0
2 /3 × Imax
1
1
0
图 2 电机控制模组结构图
（1） 主要接口说明。1） 电机控制接口：模组与单片 机的接口，为 10PIN 排针，可直接与“STM32F103VB”相 连，以实现对电机的控制。2） 步进电机接口：接口类型 为 4PIN 插针形式，SPGT62C19B 驱动芯片和两相步进 电机通过该接口连接。3） 步进电机：永磁式步进减速 电机，型号为 35BYJ26，工作方式是两相 4 拍。在步进 电机的面板上附带刻度盘，能在观察步进电机实验中 的转动状态。
图 1 系统总体结构图
1. 2 STM32F103VBT6 微控制器 STM32F103VBT6 单片机芯片搭配 AＲMv7 Cortex －
M3 版高性能内核，工作频率最高可达 72 MHz［5 －6］。采 用 3 级流水线和哈佛结构，具有独立的指令和数据以及 外设总线，使得代码执行速度高达 1. 25 MIPS / MHz。内 置 128 kB 的 闪 存 和 20 kB 的 静 态 随 机 存 储 器 （ SＲAM） ，同时还具备丰富的增强 I / O 端口和外部设 备。该芯片工作的温度范围为 － 40 ～ + 85 ℃ ，供电电 压为 2. 0 ～ 3. 6 V，同 时 具 有 功 耗 低 的 优 点，使 得
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图像·编码与软件
STM32F103 微控制器适于工业控制、手持设备和汽车 电子等多种应用领域［7］。 1. 3 电机模块
系统采用 SPGT62C19B 电机控制模组中的步进电 机部分，SPGT62C19B 电机控制模组主要是为学习步 进电机和直流电机的控制而设计的套件。此模组采用 凌阳 SPGT62C19B 电机驱动芯片，可驱动一台双极性 两相步进电机或两台直流电机。使用时，用输出选择 跳线来选择芯片控制的电机［8］，模组的平面图如图 2 所示。
参考文献
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3 结束语
以驱动、控制装置构成的步进电机系统在经济型 的工业控制、数控机床以及仪器仪表等领域有着广泛 的应用。文中设计了一种基于 Cortex － M3 处理器的 具有人机交互界面的步进电机控制系统，硬件结构简 单、价格便宜且操作方便，可实现对电机的精确与稳定 控制。实验结果表明，系统实现了对步进电机的启动、 停止、正反转、加减速、等工作状态的有效监控。