M3處理器的步進電機控制系統(tǒng)

　　Cortex-M3是ARM公司最新推出的基于ARMv7體系架構的處理核。步進電機已被廣泛的應用于位置、速度等控制領域。文中基于Cortex-M3核設計了具有人機交互界面的步進電機控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)以片上外設豐富的Cortex-M3核ARM芯片為核心，對人機交互界面、電機模塊的設計進行了詳細分析。在軟件上給出了系統(tǒng)的主程序流程圖。與其他電機控制系統(tǒng)相比，該設計系統(tǒng)具有操作簡單、控制精度高等優(yōu)點。

　　步進電機的控制方式是將電脈沖信號轉換為角位移，在未超載的情況下，步進電機的速度和位置分別取決于脈沖頻率以及脈沖個數(shù)。步進電機控制方便，在眾多行業(yè)都得到廣泛的使用，諸如數(shù)控機床、機械包裝等機械行業(yè)、機器人等電子行業(yè)、還有醫(yī)療設備等眾多領域。在實際的工程應用中，由步進電機控制器發(fā)送脈沖和方向信號，通過控制脈沖信號的個數(shù)來實現(xiàn)角位移量的大小，按照方向信號的指示轉動角度，從而通過驅動器實現(xiàn)和完成步進電機的復雜運動。步進電機控制器也可采用PLC系統(tǒng)。PLC具有易操作、可靠性高的優(yōu)點，但成本較高。隨著研究的不斷深入和技術的不斷優(yōu)化，單片機的片上外設更加豐富，實際應用的可靠性和保障性不斷增強，且價格也相對于PLC便宜。因此，對步進電機的控制正逐步由單片機實現(xiàn)。ARMCortex—M3處理器專為低功耗、小尺寸、短的中斷延時和優(yōu)越的確定性而設計，它的價格與8位和16位器件相同，卻具有32位器件的性能，且所有器件都以小型封裝形式提供。

　　1系統(tǒng)硬件設計

　　1.1總體設計

　　系統(tǒng)主要由STM32主控制器、電機模塊和觸摸屏模塊3部分組成。系統(tǒng)主控制器選用STM32F103VBT6來對電機進行控制，通過I/O口與電機模塊連接，通過UART與觸摸屏模塊連接，主控制器通過采集觸摸屏的按鍵信息實現(xiàn)對電機的控制。

　　1.2STM32F103VBT6微控制器

　　STM32F103VBT6單片機芯片搭配ARMv7Cortex—M3版高性能內核，工作頻率最高可達72MHz.采用3級流水線和哈佛結構，具有獨立的指令和數(shù)據(jù)以及外設總線，使得代碼執(zhí)行速度高達1.25MIPS/MHz.內置128kB的閃存和20kB的靜態(tài)隨機存儲器（SRAM），同時還具備豐富的增強I/O端口和外部設備。該芯片工作的溫度范圍為-40～+85℃，供電電壓為2.0～3.6V，同時具有功耗低的優(yōu)點，使得STM32F103微控制器適于工業(yè)控制、手持設備和汽車電子等多種應用領域。

　　1.3電機模塊

　　系統(tǒng)采用SPGT62C19B電機控制模組中的步進電機部分，SPGT62C19B電機控制模組主要是為學習步進電機和直流電機的控制而設計的套件。此模組采用凌陽SPGT62C19B電機驅動芯片，可驅動一臺雙極性兩相步進電機或兩臺直流電機。使用時，用輸出選擇跳線來選擇芯片控制的電機，模組的平面圖如圖2所示。

　　圖2電機控制摸組結構圖

　　（1）主要接口說明。1）電機控制接口：模組與單片機的接口，為10PIN排針，可直接與“STM32F103VB”相連，以實現(xiàn)對電機的控制。2）步進電機接口：接口類型為4PIN插針形式，SPGT62C19B驅動芯片和兩相步進電機通過該接口連接。3）步進電機：永磁式步進減速電機，型號為35BYJ26，工作方式是兩相4拍。在步進電機的面板上附帶刻度盤，能在觀察步進電機實驗中的轉動狀態(tài)。