步進(jìn)電動機(jī)的控制在DSP實驗課程改革中的應(yīng)用*

劉立才　杜傳紅　蔣憲邦（安順學(xué)院電子與信息工程學(xué)院，貴州安順561000）

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步進(jìn)電動機(jī)的控制在DSP實驗課程改革中的應(yīng)用*

劉立才杜傳紅蔣憲邦
（安順學(xué)院電子與信息工程學(xué)院，貴州安順561000）

摘要：傳統(tǒng)DSP應(yīng)用技術(shù)實驗課程主要由驗證性和綜合性項目組成，其操作過程缺乏透明性，學(xué)生只能按照已經(jīng)設(shè)定好的接口方式進(jìn)行編程，模塊化功能不明確。本項目以步進(jìn)電動機(jī)的DSP控制實驗為例，實現(xiàn)了多層次實踐教學(xué)的目的。

關(guān)鍵詞：DSP應(yīng)用技術(shù)；實驗課程改革；步進(jìn)電機(jī)的控制

引言

“DSP應(yīng)用技術(shù)”是我院電子信息工程專業(yè)一門非常重要的專業(yè)選修課，通過該課程的學(xué)習(xí)可使學(xué)生掌握DSP技術(shù)的基本應(yīng)用。為了使學(xué)生理解和掌握課本上的理論知識，必須通過具有一定應(yīng)用背景的實驗項目練習(xí)，才能夠掌握DSP這門實踐性很強的課程。文章以DSP實現(xiàn)步進(jìn)電動機(jī)的控制實驗為例，闡述了該課程在實驗教學(xué)改革過程中實現(xiàn)了多層次實踐教學(xué)的目的。

一、實驗開發(fā)平臺

（一）DSP系統(tǒng)硬件組成

整個系統(tǒng)分為五個部分組成：電源及看門狗復(fù)位電路，鍵盤，DSP中央控制器TMS320LF2407，光電編碼器，步進(jìn)電機(jī)等五部分［1］，如圖1所示。在這個實驗項目的設(shè)計中，采用軟件編程實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動角度、轉(zhuǎn)動速度的控制，控制數(shù)值由鍵盤輸入，并且可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)定，方便靈活滿足不同用戶要求。

圖1　實驗項目系統(tǒng)硬件組成

（二）DSP集成軟件開發(fā)環(huán)境

Code Composer Studio是一種集成開發(fā)環(huán)境（IDE），支持TI的微控制器和嵌入式處理器產(chǎn)品系列。開發(fā)工具包含整套的用于調(diào)試和開發(fā)的嵌入式應(yīng)用工具［2］。用戶可以在開發(fā)環(huán)境下完成工程定義、程序編輯、編譯鏈接、調(diào)試和數(shù)據(jù)分析等環(huán)節(jié)的工作。它包含了用于優(yōu)化的C/C++編譯器、描述器、調(diào)試器、源碼編輯器和項目構(gòu)建環(huán)境等功能。隨著TI公司新產(chǎn)品的不斷推出，TI在CCS2.2的基礎(chǔ)上推出了CCS4.x、CCS5.x系列開發(fā)環(huán)境，目前最新版本是6.1.2。

二、步進(jìn)電動機(jī)的基本控制方式

（一）換相順序的控制

步進(jìn)電機(jī)的通電換相又稱為“脈沖分配”，這一過程對步進(jìn)電動機(jī)來說就是按照步進(jìn)電動機(jī)確定的工作方式進(jìn)行［3］。并把通電換相這一過程稱為“脈沖分配”。四相步進(jìn)電動機(jī)如果在單四拍方式下工作，其各相通電的順序為應(yīng)為A-B-C-D，控制信號要按照這一順序進(jìn)行四相通電和斷電。

（二）步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)向控制

若對步進(jìn)電動機(jī)進(jìn)行正序通電換相，它就會正轉(zhuǎn)；若需要反轉(zhuǎn)，只要反序通電換相即可。

（三）步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制

步進(jìn)電動機(jī)接收到一個控制脈沖，就實現(xiàn)了一個步距角的旋轉(zhuǎn)。這樣通過調(diào)整脈沖的頻率，當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)的工作方式確定之后，就可以實現(xiàn)步進(jìn)電動機(jī)的調(diào)速。

三、步進(jìn)電動機(jī)的軟件控制實現(xiàn)

圖2　脈沖分配實現(xiàn)五相步進(jìn)電動機(jī)控制接口

圖3　控制位置子程序流程圖

（一）步進(jìn)電動機(jī)的脈沖分配

有兩種方法可以實現(xiàn)步進(jìn)電動機(jī)的脈沖分配：分別是軟件法和硬件法。此處通過軟件實現(xiàn)脈沖分配，這種方法就是采取軟件控制方式，實現(xiàn)DSP的脈寬調(diào)制向電機(jī)驅(qū)動電路發(fā)出控制信號，使之按給定的通電順序換相。圖2給出了用這種方法控制五相步進(jìn)電動機(jī)的硬件接口。

（二）控制步進(jìn)電動機(jī)的速度

步進(jìn)電動機(jī)的速度控制是用DSP發(fā)出的步進(jìn)脈沖頻率來實現(xiàn)的。相鄰兩個脈沖的周期值越小，所對應(yīng)脈沖的頻率越高，這樣步進(jìn)電動機(jī)控制的速度就會越快。由于采取了DSP 的PWM控制方式，周期中斷時刻由DSP定時器的周期值決定，換相的時刻也隨之確定。所以，電動機(jī)的速度由定時器的周期大小來決定。

（三）控制步進(jìn)電動機(jī)的位置

由步進(jìn)電動機(jī)帶動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行精確的位置移動，就實現(xiàn)了步進(jìn)電動機(jī)的位置控制。步進(jìn)電動機(jī)不需要閉環(huán)控制只需要簡單的開環(huán)控制就可以實現(xiàn)精確的位置控制，這是步進(jìn)電動機(jī)的最大亮點，也是它能夠廣泛應(yīng)用的原因。實現(xiàn)位置控制功能程序流程圖如圖3所示，在每個定時器周期中斷需要調(diào)用一次。

四、軟件調(diào)試

連接好仿真器、實驗箱及計算機(jī)，啟動CCS。在計算機(jī)上安裝編譯軟件后，進(jìn)入到CCS集成開發(fā)環(huán)境中。此時要注意，C語言源代碼文件或者是匯編源代碼不可以直接生成DSP的可執(zhí)行代碼，此時項目文件保存格式應(yīng)為*.pit，并通過項目來管理器去設(shè)計和調(diào)試。這樣建立相應(yīng)工程文件，再把編寫好的程序下載到DSP芯片中進(jìn)行編譯、運行即可。

五、結(jié)束語

本項實驗從DSP應(yīng)用技術(shù)實驗課程改革研究出發(fā)，結(jié)合本學(xué)院學(xué)生的具體情況，以步進(jìn)電動機(jī)的控制為實例，形成一種從基本的功能單元到模塊實現(xiàn)、從模塊到系統(tǒng)控制，從仿真到實驗、從簡單到復(fù)雜的層層推進(jìn)的階梯式實踐教學(xué)模式。為學(xué)生今后從事DSP技術(shù)應(yīng)用開發(fā)等工作打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

［1］喬明明，謝金聲.DSP精準(zhǔn)控制步進(jìn)電機(jī)的研究［J］.消費電子，2014（14）：190-191.

［2］Code Composer Studio（CCS）集成開發(fā)環(huán)境（IDE）-CCSTUDIO-德州儀器TI工具文件夾：［DB/OL］.http://www.ti.com.cn/tool/cn/ccs tudio，2016.

［3］楊越.基于嵌入式DSP的多對象實驗平臺研究與設(shè)計［D］.長沙：中南大學(xué)，2007.

Abstract:Verified and integrated projects are mainly taken in traditional DSP application experimental curricu原lum，with great lack of transparency. In such experimental courses，students have to writing program in set proce原dures，which does not have clear modularity. As for an example of DSP control experiment，the goal of multi-level practice teaching is realized in this project.

Keywords:DSP application technology；experimental curriculum reform；control of stepping motor

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）11-0146-02

*基金項目：“安順學(xué)院電子信息技術(shù)省級實驗教學(xué)示范中心開放基金”資助；2015年貴州省教育廳自然科學(xué)研究青年項目，合同編號：黔教合KY字［2015］470。

作者簡介：劉立才（1981-），男，漢族，安順學(xué)院電子與信息工程學(xué)院講師，碩士研究生，研究方向：現(xiàn)代電路理論，非線性控制。