基于DSP的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)

1、目錄第1章 設(shè)計內(nèi)容及要求- 1 -1.1 設(shè)計內(nèi)容- 1 -1.2 設(shè)計要求和主要任務(wù)- 2 -第2章 總體設(shè)計方案- 2 -2.1 系統(tǒng)總設(shè)計框圖- 2 -2.2 系統(tǒng)分析- 2 -2.3系統(tǒng)設(shè)計- 3 -電源電路設(shè)計- 3 -驅(qū)動電路設(shè)計- 4 -2.3.3 穩(wěn)壓電路設(shè)計- 4 -2.3.4 時鐘電路設(shè)計- 5 -2.3.5 比較電壓電路設(shè)計- 5 -2.3.6 系統(tǒng)總電路圖- 7 -第3章 DSP5509及程序設(shè)計- 7 -3.1 DSP5509介紹- 7 -2.2 DSP開發(fā)環(huán)境CCS介紹- 8 -2.3 程序代碼- 8 -第4章 項(xiàng)目設(shè)計總結(jié)及結(jié)論- 10 -參考文獻(xiàn)- 11 -附

2、錄- 11 -第1章 設(shè)計內(nèi)容及要求1.1 設(shè)計內(nèi)容設(shè)計基于TMS320C55x 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)1、能開關(guān)控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)調(diào)速及步進(jìn)電機(jī)角位置控制。2、設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計系統(tǒng)電源模塊，復(fù)位電路，時鐘模塊，JTAG接口，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制模塊電路等。3、設(shè)計程序流程圖，通過TMS320C55x DSP的軟件集成開發(fā)環(huán)境CCS進(jìn)程序進(jìn)行編譯調(diào)試運(yùn)行。4、編寫程序代碼，調(diào)試程序。1.2 設(shè)計要求和主要任務(wù)1、掌握ULN2003器件使用原理；2、外擴(kuò)電路控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)；3、掌握DSP與外擴(kuò)電路的通信連接技術(shù)；4、熟悉所用開發(fā)軟件和工具箱的使用方法；5、對指定題目進(jìn)行電路圖設(shè)計；6、實(shí)現(xiàn)設(shè)計

3、電路，編寫DSP程序，進(jìn)行測試和記錄。第2章 總體設(shè)計方案2.1 系統(tǒng)總設(shè)計框圖本系統(tǒng)主要由TMS320F2812模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊組成，系統(tǒng)框圖如圖1。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊復(fù)位模塊TMS320F5509電源模塊穩(wěn)壓模塊比較模塊圖一 系統(tǒng)總體框圖2.2 系統(tǒng)分析根據(jù)設(shè)計的要求挑選器件，使用MC1403芯片為DSP5509為步進(jìn)電機(jī)提供穩(wěn)定的電壓，來使步進(jìn)電機(jī)穩(wěn)定的工作。提前設(shè)置基準(zhǔn)電壓，用LM339（電壓比較器）來使ULN2003輸出高低電平來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，用按鍵功能來實(shí)現(xiàn)其正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。畫出電路圖并編寫程序進(jìn)行調(diào)試修改，領(lǐng)取器件按圖焊接并在開發(fā)版上完成測試。因?yàn)镈SP5509芯片

4、需要在最小系統(tǒng)下運(yùn)行，要設(shè)計其電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路。 MC1403芯片能提供穩(wěn)定的電壓。 ULN2003芯片大電流驅(qū)動陣列，7路反向器電路，即當(dāng)輸入端為高電平時ULN2003輸出端為低電平，當(dāng)輸入端為低電平時ULN2003輸出端為高電平。也可以作為一些器件，如步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路。2.3系統(tǒng)設(shè)計電源電路設(shè)計許多DSP芯片采用雙電源供電，通常I/O引腳電源采用3.3V電壓，內(nèi)核電源采用3.3V、2.5V、或者更低的1.8V電源。使用時考慮它們的加電次序。因此采用雙電源供電，使用TPS73HD318芯片輸出的電壓分別為3.3V和1.8V，每路的電源最大輸出電流為750ma,并且提供200ms

5、的復(fù)位脈沖。如圖二所示： 圖二 原理圖驅(qū)動電路設(shè)計ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。ULN2003內(nèi)部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管，可用來驅(qū)動繼電器。它是雙列16腳封裝，NPN晶體管矩陣，最大驅(qū)動電壓=50V，電流=500mA，輸入電壓5V，適用于TTL COMS，由達(dá)林頓管組成驅(qū)動電路。ULN是集成達(dá)林頓管IC，內(nèi)部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管，它的輸出端允許通過電流為200mA，飽和壓降VCE 約1V左右，耐壓BVCEO 約為36V。用戶輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極

6、開路輸出，輸出電流大。故可直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。設(shè)計如圖三所示： 圖三 ULN2003 穩(wěn)壓電路設(shè)計MC1403是低壓基準(zhǔn)芯片。一般用作812bit的D/A芯片的基準(zhǔn)電壓等一些需要基本精準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓的場合。 輸出電壓: 2.5 V /- 25 mV 輸入電壓范圍: 4.5 V to 40 V 輸出電流: 10 mA 電路截圖如圖四 圖四 MC1403芯片 時鐘電路設(shè)計DSP芯片提供時鐘一般有兩種方法，一種是使用外部時鐘源的時鐘信號，二是利用DSP芯片內(nèi)部的振蕩器構(gòu)成的時鐘電路。采用第二種方法，在芯片的X1和X2/CLKIN引腳之間接入一個晶體，用于啟動內(nèi)部振蕩器。如下圖五 圖五 時鐘電路 比較電壓

7、電路設(shè)計LM339集成塊內(nèi)部裝有四個獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)是：1）失調(diào)電壓小，典型值為2mV；2）電源電壓范圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓為±1V-±18V；3）對比較信號源的內(nèi)阻限制較寬；4）共模范圍很大，為0（Ucc-1.5V）Vo；5）差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；6）輸出端電位可靈活方便地選用。LM339類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇L

8、M339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個待比較的信號電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把LM339用在弱信號檢測等場合是比較理想的。LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使

9、用。圖六為該器件的引角圖，電器截圖如圖七 圖六 LM339引腳圖 圖七 LM339N 系統(tǒng)總電路圖 圖八 電路原理圖第3章 DSP5509及程序設(shè)計3.1 DSP5509介紹DSP 芯片是模擬信號變換成數(shù)字信號以后進(jìn)行高速實(shí)時處理的專用微處理器，其處理速度比最快的 CPU 還快 10-50 倍，具有處理速度高、功能強(qiáng)、性能價格比好以及速度功耗比高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于具有實(shí)時處理要求的場合。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(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)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(jìn)行修

10、改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?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(shí)時運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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。DSP5509開發(fā)板是一套功能齊全的基于TMS320VC5509A DSP的學(xué)習(xí)開發(fā)平臺，DSP5509開發(fā)板既可作為開發(fā)板供用戶學(xué)習(xí)使用，也可作為系統(tǒng)板嵌入到用戶的產(chǎn)品供用戶進(jìn)行二次開發(fā)以便縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。是迄今為止市面上性價比最高的5509開發(fā)板。2.2 DSP開發(fā)環(huán)境CCS介紹TI公司的CCS IDE（Code Composer Studio Integrated Developmen

11、t Environment）提供環(huán)境配置、源程序編輯、編譯、鏈接、程序調(diào)試、跟蹤分析等各個環(huán)節(jié)，以加速軟件開發(fā)進(jìn)程，提高工作效率。一般一種CCS只適用于一個系列的DSP芯片，這里只就C5000系列芯片（包括C54x和C55x）CCS使用方法做一介紹。系統(tǒng)配置程序“Setup CCS 2(C5000)”用來定義DSP芯片和目標(biāo)板類型。2.3 程序代碼#include <csl.h>#include <csl_pll.h>#include <csl_chip.h>#include <csl_gpio.h>unsigned char CW8=0x09,

12、0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08; /逆時鐘旋轉(zhuǎn)相unsigned char CCW8=0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01,0x09; void delay();/*鎖相環(huán)的設(shè)置*/PLL_Config myConfig = 0, 1, 24, 1;main() /*初始化CSL庫*/ CSL_init(); /*設(shè)置系統(tǒng)的運(yùn)行速度為144MHz*/ PLL_config(&myConfig); /*確定方向?yàn)檩敵?/ GPIO_RSET(IODIR,0x0F); maic(); void delay()Uint32

13、 j = 0,k = 0;for(j = 0;j<0x01;j+)for(k= 0;k<0xffff;k+)maic()for(;)unsigned char a=GPIO_pinRead(GPIO_PIN4);unsigned char b=GPIO_pinRead(GPIO_PIN6);if(a=0)int i;for(i=0;i<8;i+)GPIO_RSET(IODATA,CCWi);delay(); /調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速if(b=0)int i;for(i=0;i<8;i+)GPIO_RSET(IODATA,CWi);delay(); elseGPIO_pinWrite(

14、GPIO_PIN0,0); /電機(jī)停止GPIO_pinWrite(GPIO_PIN1,0);GPIO_pinWrite(GPIO_PIN2,0);GPIO_pinWrite(GPIO_PIN3,0);第4章 項(xiàng)目設(shè)計總結(jié)及結(jié)論近些年來，通信與電子技術(shù)迅猛發(fā)展。DSP是現(xiàn)代電子系統(tǒng)的核心和靈魂，隨著DSP性能價格比的不斷提高，DSP在網(wǎng)絡(luò)、通信、電子測量、語音/圖像處理、數(shù)字影視、自動控制、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、家用電器等眾多領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計是基于DSP步進(jìn)電機(jī)的控制，其內(nèi)容涉及了DSP與步進(jìn)電機(jī)的知識，無論是硬件設(shè)計、軟件設(shè)計，還是調(diào)試、仿真，都要求我能較熟悉地理解和掌握。CC

15、S是一種功能強(qiáng)大的全面集成開發(fā)環(huán)境（IDE），它集代碼生成工具和代碼調(diào)試工具于一體，可以完成應(yīng)用開發(fā)過程中每一步驟所需要的眾多功能，并且CCS具有開放式架構(gòu)，使TI和第三方能芯片通過無縫插入并附加專用工具擴(kuò)展IDE功能。雖然這個設(shè)計是完成了，但在這次的設(shè)計中也遇到了很多的問題。首先是步進(jìn)電機(jī)的原理知識，在那個時候我們還沒有學(xué)一些關(guān)于步進(jìn)電機(jī)的知識，后來經(jīng)過不同書的比較和學(xué)習(xí)從中了解了步進(jìn)電機(jī)的控制原理。然而除了步進(jìn)電機(jī)的原理方面的知識。軟件的也是一個很難的地方，一開始就看不懂的，其中有很的的知識是不了解的，通過請教謝老師一個一個寄存器的問，在老師的細(xì)心指導(dǎo)下我把所有的寄存器再改寫成二進(jìn)制，看每一位對應(yīng)的是什么位，有什么功能，通過老師的講解和查閱有關(guān)的資料才知道了這方面的知識。但在用到CCS的時候又出現(xiàn)了問題，我在之前的編程中一般都是建一個.C文件或是建一個.ASM再建一個.CMD文件就可以了。在以前的編程中我都只是用到2個.C和.ASM，可在這個設(shè)計的程序中要建3個文件。這讓我突破以前的傳統(tǒng)思維。有些工程建2個是不行的的。 通過對本次課題的設(shè)計，我學(xué)會了如何發(fā)現(xiàn)問題、獨(dú)立思考問題，然后用自己的專業(yè)知識以及通過現(xiàn)代科技的各種手段來解決問題，在很大程度上提高了我的動手能力，團(tuán)隊合作協(xié)調(diào)能力。并在一定程度上促進(jìn)了我對專業(yè)知識的學(xué)習(xí)和鞏固。在這期間，老師和同學(xué)們都給