基于DSP的步進電機控制

1、word基于DSP的步進電機控制一DSP簡介DSP，即Digital Signal Processor數(shù)字信號處理器，它是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件，強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號。再對數(shù)字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字數(shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。圖1 TMS 320LF2407引腳圖DSP在選型時主要考慮處理速度、功耗、程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的容量、片內(nèi)資源，如定時器的數(shù)量、I/O口數(shù)量

2、、中斷數(shù)量、DMA通道數(shù)等。其主要供給廠商為TI、Motorola、Freescale等。二步進電機簡介步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而到達準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速 度，從而到達調(diào)速的目的。 圖2 步進電機55BF03三DSP控制步進電機3.1 系統(tǒng)構(gòu)成圖3控制系統(tǒng)原理方框圖如圖3所示，該控制系統(tǒng)有五大組成局部，分別為DSP中央處理器、步進電機及驅(qū)動、光電編碼器、鍵盤和液晶顯示、外圍電源電路與看門狗復(fù)位電路。系統(tǒng)在運行中，由鍵盤設(shè)定給定轉(zhuǎn)速或位置，通過DSP中央處理器TMS 32

3、0LF2407產(chǎn)生PWM脈沖信號來控制步進電機的轉(zhuǎn)速或位置，采用光電編碼器周期采樣步進電機的轉(zhuǎn)速或位置信號反應(yīng)給控制器DSP，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速或位置的閉環(huán)控制。然后將轉(zhuǎn)速或位置在液晶上顯示，利用看門狗復(fù)位電路監(jiān)控程序是否正常運行。因為DSP本身使用3.3V工作電壓和1.8V鎖相環(huán)工作電壓，故在系統(tǒng)使用外圍電源電路提供5V電壓時須轉(zhuǎn)換成3.3V。3.2 步進電機驅(qū)動電路由DSP產(chǎn)生的PWM信號缺乏以直接驅(qū)動電機運行，需要使用驅(qū)動電路，可使用集成芯片L298N，它是恒壓恒流雙H橋電機芯片，可同時控制兩臺直流電機，輸出電流可達2A。使用時應(yīng)使用供電電壓VS大于其邏輯電壓VSS，否那么將會出現(xiàn)電機失控的現(xiàn)

4、象。另外，為了保護電機，在驅(qū)動電路中需要參加兩組續(xù)流二極管。為了降低和減小驅(qū)動電路對控制系統(tǒng)的影響，可參加光耦器件。DSP產(chǎn)生的PWM波經(jīng)施密特反相器74HC14后加到TLP521-4光耦上進行光電隔離，再送給驅(qū)動芯片L298N.這樣控制信號就變得穩(wěn)定可靠了。3.3 光電編碼器的選擇光電編碼器的選擇，可以選擇增量式編碼器或絕對值編碼器，前者適用于速度檢測，后者適用于位置檢測。編碼器的A、B信號與正交解碼脈沖單元QEP 相對應(yīng)的引腳連接，可以檢測出步進電機的速度(位置)，并且能夠判斷出步進電機的旋轉(zhuǎn)方向。在安裝時，光電編碼器要與驅(qū)動電機同軸。3.4 液晶顯示器的連接在顯示方面, 由于液晶顯示器(

5、 LCD)點陣式或圖形式不僅可以顯示字符、 數(shù)字, 還可以顯示各種圖形、 曲線和漢字, 并且可以實現(xiàn)屏幕上下左右滾動、 動畫、 閃爍、 文本顯示等功能耗小、 體積小、 質(zhì)量輕、 超薄等諸多其它顯示器無法比較的優(yōu)點, 用途十分廣泛。本系統(tǒng)設(shè)計中用到的是 HY- 12864 圖形液晶顯示器, 它內(nèi)置兩塊 HD61202 液晶顯示控制驅(qū)動器, 此屏幕的最大顯示范圍為 128*64。HY- 12864 引出的以下控制信號:讀寫信號( R/W)、 數(shù)據(jù)或指令信號( RS)、 左、 右屏片選信號( CS1、 CS2)、使能信 號 ( E) 及 數(shù) 據(jù) 總線 (DB0 - - DB7) , 由TMS320LF2407 的 I/O口直接控制。圖4 液晶顯示HY-12864與TMS 320LF2407硬件連接圖3.5 控制策略該系統(tǒng)的速度或位置采用閉環(huán)反應(yīng)控制，其控制方案通過對DSP編程實現(xiàn)，可使用數(shù)字PI增量式算法，防止了位置式算法對過去數(shù)據(jù)的累加。數(shù)字PID增量式 在實際系統(tǒng)中，當電機處于啟動、停車或大幅度增減時，在短時間內(nèi)系統(tǒng)會輸出很大的偏差，使得PI算法的積分項很大，從而引起積分飽和現(xiàn)象，造成系統(tǒng)震蕩、調(diào)節(jié)時間延長。為了消除積分飽和帶來的不利影響，可以采取積分別離算法，即當系統(tǒng)偏差較大時，只讓比例局部起作用，以快速減小偏差；當偏差降低到一定程度后，再將積分作用投入