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bsport体育:硬石F4开发板评测之步进电机的基本控制

　　YS-F4Pro 开发板是硬石团队研发的针对STM32F407芯片的综合性实验测试平台，开发板几乎囊括了芯片所有的外设，该开发板主要是针对电机控制而设计，板子上集成了步进电机接口、编码器接口、无刷电机接口、以及为方便工业控制而专门预留的AD采集接口和强大的输入输出接口等；另外，还板子上还集成了多种通信接口，比如：RS232接口、RS485接口、CAN接口、USB接口、以太网接口等。借用官网的图片，我们可以初步领略一下这款板子的强大功能：

　　该板子的通用输入输出部分、步进电机接口，均采用了光耦隔离，可以很方便的适应各种应用场景，电源部分，也采用了共模电感和CBB电容，搭建了一个小心的滤波器，增强了电源的抗干扰能力。

　　限于篇幅，基本的介绍就不多说了，感兴趣的小伙伴们可以去硬石论坛查找相关资料，今天笔者还是跟大家来一起，按照硬石提供的资料，来做个步进电机的实验吧。以《YSF4_HAL_MOTOR-105. 基于232或485的57&42步进电机旋转控制实现》这个实验为例，我们来体验一下硬石这款板子的强大功能吧。

　　然后根据背面的丝印，将PUL+、PUL-、DIR+、DIR-四根线（EN+、EN-两根线暂时用不上，所以本例中不接）分别连接到步进电机驱动器对应的接口上：

　　接下来，把电机的动力线和驱动器的电源线也接上，本例中笔者给驱动器的供电采用的是直流24V。硬石控制板跟步进电机驱动器的最终接线效果，如下图所示：

　　电机部分的线连接好后，我们把硬石开发板的电源线插上，然后把下载线插上，接下来，我们需要找到硬石的例程源码，由于MDK版本的源码编译比较慢，笔者这里采用的是IAR的源码：

　　打开源码后，我先在“bsp_usartx_RS485.h”文件中修改一下通信接口为RS232，并进行编译，编译完成后，将程序下载到开发板中：

　　接下来，我们就需要打开硬石上位机软件，在这之前，我们先在我们的计算机的“设备管理器中”找到对应的COM口（不同计算机的COM口编号不完全一样，笔者这里COM口比较多，本例中使用的是COM7）：

　　然后，我们打开硬石上位机软件，将串口号选择为COM7，波特率115200，数据位为8，校验位为none，停止位为1位，跟程序中对应起来，然后按下板子上的复位按键：

　　然后根据上位机软件中的提示，我们一步步设置，这里需要注意的是，在设置转动速度和转动圈数的时候，一定要加一个回车键，否则会程序无响应，笔者就犯了这样的错误，没加回车键，结果发了数据没有任何返回，还以为程序死机了：

　　在以上参数设置完毕后，我们就可以看到电机转起来了，虽然说，直接跑例程看起来很简单，可是，如果从头到尾都要自己来写的话，可不是那么容易的事情，还是得费不少时间的，冰冻三尺非一日之寒，唯有老老实实从头到尾开始去学，才能真正掌握电机控制的真谛！

　　步进电机是一种作为控制用的特种电机, 它的旋转是以固定的角度(称为步距角)一步一步运行的, 其特点是没有积累误差(精度为100%), 所以广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行要有一电子装置进行驱动, 这种装置就是步进电机驱动器, 它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移, 或者说: 控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。所以，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速;控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位目的。步进电机通过细分驱动器的驱动，其步距角变小了，如驱动器工作在10细分状态时，其步距角只为‘电机固有步距角‘的十分之一，也就是说：‘当驱动器

　　步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，输入脉冲总数控制步进电机的总旋转角度，电机的速度由每秒输入脉冲数目所决定，因此易实现机械位置的精准控制。而且由于步进电机价格低廉、可控性强等特点，使其在数控机床传送控制等自动控制领域中得到了广泛的应用。但随着技术的发展以及企业生产的要求，步进电机传统的以单片机等微处理器为核心单元的控制系统暴露出了如下缺点：控制策略单一不利于实现人机交互，而且控制电路复杂、控制精度低、生产成本高，系统稳定性不够，步进分辨率低、缺乏灵活性，低频时的振荡和噪声大，而且受步进电机机械结构和空间的限制，步进电机的步距角不可能无限的小，难以满足高精度开环控制的需求。由于FPGA编程方式简单，开发周期短

　　系统的设计方案 /

　　一、实验目的和要求了解步进电机的工作原理，学习用单片机的步进电机控制系统的硬件设计方法，掌握定时器和中断系统的应用，熟悉单片机应用系统的设计与调试方法。二、实验设备单片机测控实验系统步进电机控制实验模块 Keil开发环境 STC-ISP程序下载工具三、实验内容编制MCS-51程序使步进电机按照规定的转速和方向进行旋转，并将已转动的步数显示在数码管上。步进电机的转速分为两档，当按下S1开关时，加速旋转，速度从10转/分加速到60转/分。当松开开关时，减速旋转，速度恢复为10转/分。当按下S2开关时，按照逆时针旋转；当松开时，按照顺时针旋转。本程序要求使用定时器中断来实现，不准

　　本实验：驱动一个步进电机，实验要求一个按键可以控制步进电机启动和停止，一个按键控制正反转。一、实验现象二、实验代码三、步进电机的概念步进电动机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（这个角度叫做歩距角），我们可以通过控制脉冲的个数来控制电机的角位移量，从而达到精确定位的目的；同时还可以通过控制脉冲频率来控制电动机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。四、相、线、极性 “相” 就是说明步进电机有几个线圈（也叫做绕组）。 “线” 就是说明步进电机有几个接线口。 “极性” 分为单极性和双极性。如果步进电机的线圈是可以双向导电的，那么这个步

　　的相关知识 /

　　一、引言微电子技术和计算机技术发展，可编程序有了突飞猛进发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制范围，它与计算机有效结合，可进行模拟量控制，具有远程通信功能等。有人将其称为现代工业控制三大支柱（即PLC，机器人，CAD/CAM）之一。目前可编程序（ProgrammableController）简称PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，为工业自动化提供了有力工具。二、PLC基本结构 PLC采用了典型计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和输入/输出接口电路等。把PLC看作一个系统，该系统由输入变量-PLC-输出变量组成，外部各种开关信号、模拟信号、传感器检测信

　　智能车辆是一个集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合系统其集中应用了计算机、传感、信息、通讯、导航、人工智能及自动控制等技术是典型的高新技术综合体。本文设计的智能简易车辆系统就是此综合体的一种尝试。该系统使智能简易车辆在多种传感器的配合下实现了自动寻迹、平衡探测等功能，已基本实现了车辆的智能化。 1 智能简易车辆电路总体结构设计文中简易智能车辆系统通过电动车跷跷板这一实验实现。采用AT89S52作为电动车跷跷板的控制核心，用红外传感器检测小车是否在制定轨道上运动，小车若偏离轨道，传感器便会发出一个信号送至单片机，使单片机控制步进电机的转动。同时通过角度传感器来识别小车是否到达平衡位置。总体电路系统包括主机控制模

　　东京东芝公司（TOKYO：6502）旗下存储与电子元器件解决方案公司今日宣布，公司将于8月5日启动双极两路步进电机驱动器 TC78S122FNG 的批量生产，该产品提供40V的最大输出耐压和2.0A的输出电流。公司还为其步进电机驱动器产品阵容推出了另一款产品 TC78S122FTG ，该产品采用另一种封装选项，即更紧凑型 QFN封装，预计将于8月底开始批量生产。打印机、监控摄像头、办公室自动化设备、ATM等银行终端、验钞机、游乐设备和家用电器等应用均需要高速、高性能电机驱动器。与此同时，客户对节省空间且设计优良的产品的需求正加速设备的小型化。减少设备内部发热量并降低设备整体功耗的措施也变得日益重要。东芝的新电机

　　驱动器的批量生产 /

　　步进电机与同步电机的区别同步电机与步进电机的区别为：工作原理不同、特点不同、优缺不同。一、工作原理不同 1、同步电机：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。 2、步进电机：工作原理是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。二、特点不同 1、同步电机：稳态运行时，转子的转速和电网频率之间有不变的关系n═ns═60f/p，ns称为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。 2、步进电机：精度为步进角的3-5%，且不累积。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反

　　技术 (周焕银刘开周封锡盛著) target=_blank

　　方法 (郑柏超，郝立颖著) target=_blank

　　MATLAB仿真 (刘金琨) target=_blank

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