嵌入式 步进电机(环形分配器)

课程数控实验

题目基于LPC2114的直流电机控制系统学院信息工程学院

专业13计算机测控

学号3113002316、3113002317、

3113002318、3113002319

姓名谢志鹏、杨光、叶国康、曾晖

基于LPC2114的步进电机控制器

一．实验要求

1.用一片LPC2000处理器或单片机设计步进电机驱动器，实现脉冲环形分配器和放大驱动电路功能，驱动步进电机运行。

2.用另外一片LPC2000处理器设计数控系统，设置步进电机步进运动方向选择开关、电位器输入步进运动速度、键盘输入步进运动步数，设置运动脉冲和方向信号输出给步进电机驱动器，实现对步进电机的运动控制信号给定。

二．实验原理

1.LPC2103部分（步进电机驱动部分）：

（1）脉冲输入：利用LPC2103芯片的脉宽调制器（PWM）产生占空比为50%的方波信号。

（2）正反转：把L297的CW/CCW接到LPC2103的一个引脚，通过控制该引脚电平的高低即可实现控制电机正反转。

（3）步进步数控制：把步进电机控制器的定时器0设置成捕获计数模式，当捕获到一个脉冲时，TC 加1，直到TC等于给定步数时，停止方波输出。

2.LPC2114（信号输入部分）

（1）步进运动速度输入：通过调节电位器，再经过LPC2114的AD转换，得到电位器触点的电压值。将电压值按照一定的比例换算成速度值，通过串口发送到LPC2103（步进电机控制器），以改变方波的频率。

（2）步进步数输入：通过键盘输入步进步数，将结果通过串口发送到LPC2103（步进电机控制器）。

三．硬件电路

图3.1 电路图

L297是步进电机控制器，适用于双极性两相步进电机或单极性四相步进电机的控制，可有半步、整步和波状三种驱动模式。片内斩波电路允许开关式控制绕组电流。该器件的一个显著特点是仅需时钟、方向和模式输入信号。步进电机所需相位由电路内部产生，大大减轻了的负担。

L297的引脚端功能如下：

◆引脚端10（使能端EN）为芯片的片选信号，高电平有效；

◆引脚端20（复位RST），低电平有效；

◆引脚端19（HALF/FULL）和引脚端17（CW/CCW）都通过上拉电阻链接到高电平；

◆引脚端18（时钟输入CLK）的最大输入时钟频率不能超过5KHz，控制时钟的频率，即可控制电机转

动速率；

◆引脚端19（HALF/FULL）决定电机的转动方式，HALF/FULL=0，电机按整步方式运转，HALF/FULL=1，

电机按半步方式运转；

◆引脚端17（CW/CCW）控制电机转动方向；CW/CCW=1，电机顺时针旋转；CW/CCW=0，电机逆时针

旋转。

◆当L297的复位引脚RST输入电平时，L297复位。

具体控制状态如表5.57所示:

表3.1 控制电机状态表

端口名称光耦输入端L297端口电机响应状态

RST 低电平低电平停止高电平高电平启动

使能端EN 低电平高电平输入控制信号旋转高电平低电平停止旋转并保持

HF/FF 低电平高电平半步工作模式高电平低电平全部工作模式

CW/CCW 低电平高电平顺时针旋转高电平低电平逆时针旋转

图3.3 采用L297+L298N构成的步进电机驱动电路

控制信号CW/CCW经L297处理后，产生的四相A、B、C、D或INH1和INH2输入到L298N进行功率放大，经L298N功率放大后的四相控制信号输出到步进电机，控制步进电机运动。

L298是内含两个桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接受标准逻辑电平信号，可驱电压46V、每相2.5A

及以下的步进电机。每个桥都具有一个使能输入端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作，每个桥的两个桥臂低端三极管的发射极接在一起并引出，用以外接检测电阻。它设置了一附加电源输入端使逻辑部分在低电压下工作。

使用L298+L297可以做成两相双极性的步进电机驱动电路，它是采用定电流方式驱动，每相电流峰值可达2A，L297是步进电机控制器，用来产生两相双极性驱动信号（A、B、C、D）与电机电流设定，L298是用来驱动步进电机的电力输出，是双全桥接方式驱动，由于采用双极性驱动，因此电机线圈完全利用，使步进电机可以达到最佳的驱动。

四．软件设计

1.驱动器部分主要程序

#include "lpc2103.h"

#include “uart.h”

/* 系统设置, Fosc、Fcclk、Fcco、Fpclk必须定义*/

#define Fosc 5529600

#define Fcclk (Fosc * 6)

#define Fcco (Fcclk * 4)

#define Fpclk (Fcclk / 4) * 1

uint8 speed,step,dir,spee;

uint8 Buf[3] = {0}; /* 串口接收数据缓冲区*/

void Timer0Init()

{

T0TCR = 0x02; /* 定时器1 复位*/

T0PR = 0; /* 不设时钟分频*/

T0CTCR = 0x06; //计数功能

T0TCR = 0x01; /* 启动定时器1 */

}

void PWMInit(void)

{

T1TCR = 0x02; /* 定时器1 复位*/

T1PR = 0; /* 不设时钟分频*/

T1PWMCON= 0x02; /* 使能MA T1.1 PWM 输出*/

T1MCR = 0x02; /* 设置T1MR0 匹配后复位T0TC */

T1MR0 = 1500; /* 设置PWM 输出的周期*/

T1MR1 = 0; /* 设置PWM1.1 输出占空比为100％*/

T1TCR = 0x01; /* 启动定时器1 */

}

int main (void)

{

IOCLR = 1<<13;

PINSEL0 = PINSEL0 & (~0x0F);

PINSEL0 = PINSEL0 | 0x05; /* 设置I/O 连接到UART */

PINSEL0 = (PINSEL0 & (~(0x03 << 8))) | (0x02 << 8); //设置I/O连接到CAP0.1

IODIR |= 1 << 2;IOSET = 1 << 2;

PINSEL0 = (PINSEL0 & (~(0x03 << 26)))| (0x02 << 26);/* 选择MA T1.1 输出*/

PWMInit(); /* 定时器 1 初始化*/

Timer0Init();

UARTInit (); /* 串口初始化*/

while (1)

{

spee = speed;

UART0GetStr(Buf, 3); /* 从串口接收字符串*/

DelayNS(10);

UART0SendStr(Buf);

if( Buf[2]==1 || Buf[2]==0 )

{

if(spee!=Buf[0])

{

speed = Buf[0];

T1TCR = 0x02; /* 定时器1 复位*/

T1MR0 = (256-speed)*3000; /* 设置PWM 输出的周期*/

T1MR1 = T1MR0/2; /* 设置PWM1.1 输出占空比为100％*/

T1TCR = 0x01; /* 启动定时器1 */

}

dir = Buf[2];

if(dir==1) IOSET = 1<<2;

if(dir==0) IOCLR = 1<<2;

step = Buf[1];

if(Buf[1]!=0) T1TCR = 0x01; /* 启动定时器1 */ }

while(1)

{

if(T0TC==step)

{

T1TCR = 0x02; /* 定时器1 复位*/

T0TC = 0;

break;

}

}

}

}

2.控制器部分主要代码

int main (void)

{

uint8 i,flag;

PINSEL2 |= 0; //设置P1 口为GPIO

PINSEL0 = (PINSEL0 & (~0x0F)) | 0x05; //设置串口

IO0DIR &= 0x7ffff01f; //按键输入

IO0DIR |= 0x7ffc20ec; //数码管、IN1、IN2、PWM设置输出IO0CLR = 0x7ff00fe0;

IO0SET = 1<<2; //以下两句控制电机正转

IO0CLR = 1<<3;

EXT0Init();

EXT1Init();

Index = 0;

ADCInit(); //AD 转换初始化

IO1DIR |= 0x7ff<<16; 设置1602引脚输出

IO1CLR = 0x7ff<<16;

InitLcd();

DisplayString(0,3,str1);

DisplayString(0,10,str2);

DisplayString(1,3,str3);

DisplayString(1,10,str4);

UARTInit();

while(1)

{

while(Index == 1) //直到确定键按下后退出

{

keyscan();

InttoChar();

DisplayString(0,10,str2);

}

res = result[2]*100 + result[1]*10 + result[0];

step = res;

send[1] = step;

result[2]=0;result[1]=0;result[0]=0;

str4[0]=numcode[ADC_Data/100];

str4[1]=numcode[ADC_Data%100/10];

str4[2]=numcode[ADC_Data%10];

DisplayString(1,10,str4);

if( (send[0]!=sen[0]) || (send[1]!=0) || send[2]!=sen[2]) flag=1;

if(flag==1)

{

UART0SendStr(send);

sen[2] = send[2];

sen[1] = send[1];

sen[0] = send[0];

send[1] =0;

flag = 0;

}

}

}

五．实验总结：

实验基本完成，但仍然存在以下不足和有待改进之处：

1.串口发送接收有时会出错；

2.代码冗长，部分功能实现比较复杂。

总的来说，在这次实验确实收获了不少知识和经验。