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基于STM32的步进电机控制系统.doc
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基于STM32的步进电机控制系统.doc
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摘 要
本文的主要工作是基于 STM32 步进电机控制系统的设计。随着越来越多的高科技
产品逐渐融入了日常生活中,步进电机控制系统发生了巨大的变化。单片机、C 语言
等前沿学科的技术的日趋成熟与实用化,使得步进电机的控制系统有了新的的研究
方向与意义。本文描述了一个由 STM32 微处理器、步进电机、LCD 显示器、键盘等模
块构成的,提供基于 STM32 的 PWM 细分技术的步进电机控制系统。该系统采用 STM32
微处理器为核心,在 MDK 的环境下进行编程,根据键盘的输入,使 STM32 产生周期
性 PWM 信号,用此信号对步进电机的速度及转动方向进行控制,并且通过 LCD 显示
出数据。结果表明该系统具有结构简单、工作可靠、精度高等特点.
关键词:STM32 微处理器;步进电机;LCD 显示;PWM 信号;细分技术
Abstract
As well as the high-tech products gradually integrated into the daily life, servo
control system has undergone tremendous changes. SCM and C language of the frontier
disciplines such mature technology and practical , steering control system is a new
research direction and meaning. This paper describes a STM32 microprocessors, steering,
LCD display and keyboard, Based on the STM32 servo control system of PWM signal,
This system uses STM32 microprocessor as the core, MDK in the environment, according
to the keyboard input , STM32 produce periodic PWM signal, with this signal to the
velocity and Angle of steering gear control, and through the LCD display data. The
features of the simple hardware, stable operation and high precision are incarnated in the
proposed system.
Keywords: STM32 microprocessors; Steering system; LCD display ; pulse width
modulation signal;Subdivide technology
目 录
第 1 章 绪 论....................................................................................................................1
1.1 课题背景 ...................................................................................................................1
1.2 课题目标及意义 .......................................................................................................2
1.3 课题任务及要求 .......................................................................................................3
1.4 课题内容分析与实现 ...............................................................................................3
1.5 课题论文安排介绍 ...................................................................................................3
第 2 章 步进电机控制系统的总体方案论证 ....................................................................5
2.1 总体方案 ...................................................................................................................5
2.2 步进电机控制系统硬件方案 ...................................................................................5
2.3 步进电机控制系统软件方案 ...................................................................................6
第 3 章 系统的硬件设计....................................................................................................7
3.1 STM32 开发板简介 ...................................................................................................7
3.2 步进电机模块 ...........................................................................................................8
3.2.1 步进电机驱动模块.............................................................................................8
3.2.2 步进电机驱动控制模块...................................................................................10
3.2.3 步进电机的一些特点 .......................................................................................11
3.2.4 步进电机的一些基本参数 ...............................................................................12
3.2.5 步进电机的驱动方法 .......................................................................................13
3.3 A/D 转换模块 ..........................................................................................................13
3.3.1 模拟/数字转换(ADC)介绍 .........................................................................13
3.3.2 模拟/数字转换(ADC)主要特性..................................................................13
3.3.3 模拟/数字转换(ADC)功能描述..................................................................14
3.4 LCD 显示模块 .........................................................................................................16
3.5 硬件电路 .................................................................................................................17
第 4 章 控制系统软件设计..............................................................................................18
4.1 控制系统软件设计步骤 .........................................................................................18
4.2 Keil for ARM 软件开发环境...................................................................................19
4.3 PWM 细分技术简介................................................................................................20
4.3.1 PWM 细分技术简介 .........................................................................................20
4.3.2 PWM 细分技术驱动原理 .................................................................................20
4.3.3 PWM 细分调压调速原理 .................................................................................22
4.4 主程序设计 .............................................................................................................23
4.5 各模块程序设计 .....................................................................................................25
4.5.1 系统初始化........................................................................................................25
4.5.2A/D 转换程序设计 .............................................................................................26
4.5.3 PWM 细分程序设计 .........................................................................................29
4.5.4 电机控制程序设计............................................................................................30
4.5.5 LCD 显示程序设计...........................................................................................32
第 5 章 步进电机控制系统综合调试与分析 ..................................................................33
5.1 硬件电路调试 .........................................................................................................33
5.2 软件电路调试 .........................................................................................................34
5.3 系统联调结果与分析 .............................................................................................34
结论....................................................................................................................................35
社会经济效益分析............................................................................................................36
参考文献............................................................................................................................37
致 谢................................................................................................................................38
附录 I 电路原理图 .........................................................................................................39
附录Ⅱ 程序清单..............................................................................................................41
附录 IV 元器件清单.........................................................................................................56
第1章 绪 论
随着电力电子技术、微电子技术、控制理论以及永磁材料的快速发展,步进电
机得以迅速发展。在现代工业生产中,生产机械一般都用电动机拖动。随着现代化
的发展,工业自动化水平不断提高,各种自动控制系统中也日益广泛地应用各种控
制电机。为了提高生产率和保证产品质量,大量的生产机械要求步进电机以不同的
速度工作。这就要求人们采用一定的方法来改变机组的转速,即对步进电机进行调
速。对电机的转速不仅要能调节,而且要求调节的范围宽广,过程平滑,调节的方
法要简单、经济。步进电机在上述方面都具有独到的优点,使它得到广泛的应用。
本文针对步进电机具有起动转距大、体积小、重量轻、转矩和转速容易控制以及效
率高等十分优良的特点, 根据自动控制原理, 采用 PWM 细分控制方式, 设计了一个步
进电机控制系统,以更好地对步进电机进行精确而又迅速的控制。
1.1 课题背景
STM32 系列 32 位闪存微控制器使用来自于 ARM 公司具有突破性的 Cortex-M3 内
核,该内核是专门设计于满足集高性能、低功耗、实时应用、具有竞争性价格于一
体的嵌入式领域的要求。Cortex-M3 在系统结构上的增强,让 STM32 受益无穷;
Thumb-2®指令集带来了更高的指令效率和更强的性能;通过紧耦合的嵌套矢量中断
控制器,对中断事件的响应比以往更迅速;所有这些又都融入了业界领先的功耗水
准。STM32 系列给 MCU 用户带来了前所未有的自由空间,提供了全新的 32 位产品选
项,结合了高性能、实时、低功耗、低电压等特性,同时保持了高集成度和易于开
发的优势。由于集成了更丰富的资源、方便使用的架构以及低功耗的特性,加上有
竞争力的价格,使得从 16 位升级到 32 位变得容易。
在工业生产中,常常要用到步进电机在一些对位置控制要求不高的电机控制系
统如传动控制系统中,传统电机如步进电机仍有很大的优势,而要对其进行精确而
又迅速的控制,就需要复杂的控制系统。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的
执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转
动一个固定的角度(称为“步距角”),它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
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