ARM单片机的步进电机控制系统设计

摘 要：现如今人们生活中已广泛的涉入单片机的控制系统，随着大家对此技术的追捧使得该功能也越来越强大。在步进电机控制系统设计中有许多的样式，文章将对ARM单片机系统的设计进行探讨，在对于企业的生产成本上来讲ARM单片机不仅是能够降低成本同时还能够提高产品的精度，这将使电机控制系统能够更好改善并获得一条提高工业效益的有效途径。

关键词：ARM；控制系统；步进电机

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 02-0000-02

在增强数字控制系统中步进电机是个重要执行元件，在机电一体化设备和自动化设备中得到广泛的应用。步进电机在许多制造业中成为了核心地位，例如在机器人、打印机、数控机床和绘图仪等设备上都是以步进电机为核心。在工业中也是同样，但是由于工业中的一些设备大多老旧跟不上时代的步伐，由于过时导致设备的储容量小实用性不强，在此同时就应当实现步进电机驱动上的位移和速度的精密度显示和控制。文章将采用ARM7TD MI内核的S3C44BOX处理器来实现步进电机的驱动上需要的条件。

一、工作原理

在电脉冲信号变换相应的直线位移和相应的角位移中需要通过步进电动机来执行该指令。在载重未超过要求范围的情况下，电机的在转动的速度和位置的停止都是取决于脉冲信号中的脉冲数和频率，在负载上不会受到很大的影响；在电机侧转一个步距角秩序加一个脉冲的信号，在电机旋转方向改变上也能通过通电顺序的改变而改变。目前有较多种类的步进电机，其中结构可分为两相和多相、反应式和激励式两种。

在步进机当中包含着众多特性，步进机特性分别有这几点：一、在步进电机当中的误差是无累积误差的，唯有周期性的误差。二、步进电机并不受到负载变化上的影响，步进机中的脉冲数与步距角是成一个正比上的关系。三、在改变转动方向上，可通过改变脉冲顺序来实现。四、停止时的步进电机具有自锁的能力。五、步进机在使用的过程中十分方便操作，他速度的响应性上较好，主要体现在停止、易于启动、正反转。

二、系统的控制组成与原理

在描述系统的控制与组成原理上，将例举ARM步进机在控制方案结构中最典型的顺序如下图1所示。

在整个的系统中是通过步进电机、ARM单片机、控制面板和驱动电路进行组成。在交互界面上主要是通过控制面板来完成，通过与ARM的通信，实现对监控功能中的操作，脉冲信号由ARM单片机发出由信号分配，步进电机将功率放大来带动负载。

（一）分配电机工作信号。在脉冲分配过程中可通过CPLD来进行控制器上的分配，选择四相步进电机来对被控对象。有两种方式在常用四相电机工作中，步角距为9度的四相八拍为AB-B-BC-C-CD-D-DA-A-AB，步距角为18度的四相四拍为AB-BC-CD-DA-AB[1]。

（二）产生的脉冲信号。脉冲信号的产生是由S3C44BOX完成，在占空比例上一般脉冲信号约占0.3～0.4左右，占空比越大那么电机转速就越高。

（三）驱动器上的细分。在使用中若步进机的步距角不能够满足条件时，可对步进电机采用细分驱动的方式，通过改变细分驱动器中相邻电流的A、B，以此来控制步进电机的运转改变合成磁场中的夹角。

（四）功率。在步进电机驱动系统中最为重要的部分是将功率放大。在步进电机中动态平均电流能够让步进电机保持一定的转速，并不是静态电流下能够保持。在电机中力矩若越大那么平均电流则越大，要想达到平均电流都大那便需要驱动系统来尽量的克制电机反电势。所以在驱动方式上应当根据不同场合来采用，驱动的方式到目前为止有以下几种：细分数、恒电压、恒电流、恒压串电阻和高低压驱动等。通过这些方式来提高步进电机的动态性能，将功率放大和信号分配组成步进电机的驱动电源。

三、步进电动机系统软件设计

在软件开发平台上选用了ADS1.2作为系统开发的工具。C语言的标准特性在ADS1.2编译器上得到提供，在扩展功能上增加了较多的专用工具利用例如ARM S3C44BOX来设计。提供了强大的调试系统和友好的用户界面，在开发ARM单片机应用程序上十分便捷[2]。

在控制脉冲信号上是有控制系统ARM S3C 44BOX发出，再由可编程的逻辑CPLD器件来进行分配性的脉冲，在可编程逻辑器件中CPLD是一个较丰富的可编程I/O。可编程在系统中，操作起来十分的灵活方便，在逻辑器件上不但可以实现常规的该功能，还可以在实现时序逻辑较为复杂的功能，与单片机接口一样都能够作为一个外设来实现对单片机中所需要的功能。在连接信号上CPLD芯片管脚主要有以下几种信号：JTAG接口信号、I/O口、电源信号、外部时钟信号、地信号和片选控制信号。8MHz外部的有源晶体振荡器在系统CPLD模块中采用，在CPLD中接入了全局时钟并输入管脚[3]。

系统在对控制步骤和电机驱动中如上所述。首先系统由AD S1.2来作为开发工具的软件，对步进电机经过在线开发出控制的程序，在调试成功后将S3C44BOX写到FLASH开发板上。

四、结束语

通过RAM单片机的步进电机控制系统设计中，实现在转动距离和转速上的监测和精确控制，在步进电机的系统数据处理上速度较快、产品成本低且精密度高等可靠性的优点。能够降低整个系统中的体积便于携带并且性价比高，在简单的操作上十分适用于大家并且维护过程更加方便。

参考文献：

[1]宣财鑫.PLC脉冲控制步进电机技术[J].机车车辆工艺，2012（11）：33-34.

[2]周立功.ARM微控制器基础与实战[M].北京：航空大学出版社，2011（13）：45-46.

[3]张永华.步进电机运动控制系统硬件部分的设计[J].装备制造技术，2010（05）：71-72.

[作者简介]秦秀常（1980-），男，河南商丘人，讲师，在职研究生，研究方向：电路与系统、电气自动化。