基于DSP實現的步進電機控制器的設計

引 言

　　DSP（Digital Signal Processor）是一種特別適合于進行數字信號處理運算的微處理器，其采用先進的軟、硬件結構，其內部的程序空間和數據空間分開，可以同時訪問指令和數據，并且具有事件模塊管理功能及快速的中斷處理功能，其以高性能及日趨低價位的特點，越來越廣泛地應用于信息處理、控制系統中。TMS320LF2407芯片作為一款定點DSP控制器尤為適合于控制系統，其所包含的事件管理模塊，可以極為方便的實現電機數字化控制。步進電機是數字控制系統的一種常見的執行元件，其接收數字控制信號（電脈沖信號），并轉換成與之相對應的角位移或直線位移。步進電機具有開環控制無累計誤差的優點，控制系統結構簡單，因而得到了廣泛的應用。本文所介紹的是一種基于TMS320LF2407實現的步進電機控制系統的設計。

1 系統硬件構成

　　整個系統分為五個部分組成：DSP中央控制器TMS320LF2407，步進電機及驅動，光電編碼器，鍵盤及液晶顯示部分，以及整個系統的外圍電源電路及看門狗復位電路組成，如圖1所示。在這個系統設計中，由鍵盤設定給定轉速（位置），通過中央控制器TMS320LF2407來產生PWM脈沖信號來控制步進電機的轉速（位置），可以采用光電編碼器對步進電機的轉速（位置）進行采樣檢測實現閉環控制，也可以采用開環控制無需轉速（位置）信號，以上過程中的多個變量、參數可以在液晶顯示屏上得到直觀地反映。整個硬件結構簡單直觀，中央控制器TMS320LF2407還剩余豐富的I/O及中斷資源，在此設計基礎上具有一定的擴展空間。

圖1 硬件原理方框圖

　　本設計采用的是55BF03型三相反應式步進電機，其接收數字控制信號（電脈沖信號），并轉換成與之相對應的角位移或直線位移。此設計是用中央控制器TMS320LF2407產生的PWM環形脈沖信號經過信號分配以及功率放大傳送給步進電機實現對步進電機的角位置或直線位移控制，所以此步進電機的驅動結構設計由以下幾部分組成，脈沖信號，信號分配，功率放大，步進電機及負載，如下圖2所示。在這個設計中基于對力矩、平穩、噪音及減少角度等方面的考慮，在這里設計成產生一個三相六拍信號來進行步進電機的控制，通電順序為A-AB-B-BC-C-CA，步距角為1.5°,功率放大采用的是典型的單壓驅動方式。

圖2 步進電機驅動方框圖

　　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方向。

　　在顯示方面，由于液晶顯示器（LCD）點陣式或圖形式不僅可以顯示字符、數字，還可以顯示各種圖形、曲線和漢字，并且可以實現屏幕上下左右滾動、動畫、閃爍、文本顯示等功能，功耗小、體積小、質量輕、超薄等諸多其它顯示器無法比擬的優點，用途十分廣泛。本系統設計中用到的是HY-12864圖形液晶顯示器，它內置兩塊HD61202液晶顯示控制驅動器，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）、數據或指令信號（RS）、左、右屏片選信號（CS1、CS2）、使能信號（E）及數據總線（DB0――DB7），由TMS320LF2407的I/O口直接控制，連接原理圖如下圖3所示。