实验一直流步进电机综合控制系统设计.docx

实验一直流步进电机综合控制系统设计.docx

《实验一直流步进电机综合控制系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验一直流步进电机综合控制系统设计.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

实验一直流步进电机综合控制系统设计

南昌大学实验报告

学生姓名：

学号：

专业班级：

实验类型：

□验证□综合■设计□创新实验日期：

实验成绩：

综合实验一、直流、步进电机综合控制系统设计

一、实验目的

1、初步熟悉实验GPIO口的初始化设置，并熟悉实验箱各个模块的功能；

2、掌握步进机的控制原理及利用延时脉冲来改变步进电机速度；

3、掌握直流电机的控制原理及利用pwm占空比控制来改变速度；

4、学习IIC总线读取和写数据原理，并掌握对CAT1025E2PROOM操作方法；

5、学会控制数码管的显示UART串口函数，并初步掌握中断处理函数的写法；

二、实验基本原理

基于S3C2440处理器分别控制LED灯闪烁，串口打印，RTC显示，步进电机控制和直流电机控制以及EEPROM的读写。

由于S3C2440自带串口模块，RTC模块和EEPROM模块，配置好相应的寄存器值就可控制好各种外设。

（一）GPIO口设置

S3C2410A具有117个通用I/O口，分为A—H等8个端口，由于每个I/O口都有第2功能，甚至第3功能，所以需要通过设置GPxCON寄存器来选择GPx口I/O口功能，其中x可以为A、B、C、D、E、F、G表示相应的I/O端口。

当I/O口设置为GPIO输出模式（Output模式）时，可以通过写GPxDAT控制相应I/O口输出高电平或低电平，GPxDAT为1的位对应I/O输出高电平，为0的位对应输出低电平。

（二）串口设置

工程模板中包含有串口软件包UART.C，用户可以调用相应的接口函数进行串口数据发送和接收，串口的波特率需要在config.h文件中进行设置，本实验使用默认的115200波特率。

对串口进行初始化时，首先要设置相应I/O口为TXD0，TRD0功能引脚，然后通过ULCON0来设置通讯波特率。

设置UCON0寄存器时，要设置串口工作模式为查询模式，即UCON[3:

0]应为0101b。

（三）RTC设置

S3C2410A具有实时时钟（RTC）功能，能够提供时、分、秒，年、月、日的计时功能，还具有定时报警功能。

RTC单元采用独立的后备电池供电，独立是时钟源（采用32.768KHz晶振），即使系统关闭电源，RTC还可以正常工作。

要初始化RTC的时间值，首先要给RTCON寄存器写为0x01，使能RTC接口（即允许写RTC操作），然后对年寄存器BCDYEAR、月寄存器BCDMON、日寄存器BCDDATE、时寄存器BCDHOUR、分寄存器BCDMIN、秒寄存器BCDSEC、星期寄存器BCDDAY进行初始化，时间值为BCD格式。

初始化完成，将RTCCON寄存器写为0x00，禁能RTC接口（即禁止写RTC操作），接下来就可以直接读取RTC时间寄存器的值来使用了。

（四）加减乘除测试

在UART通讯试验的基础上，用C编程实现两位数的加减乘除，通过选择输入两个两位数进行相应运算，将运算过程及结果显示在超级终端上。

对于加法，两个两位数的和最多是三位，设置三个加法子函数分别显示和的百位、十位和个位；

对于减法，两个两位数的差最多两位，所以设置两个减法子函数分别显示差的十位和个位，在做减法之前，先判断被减数和减数的大小，当减数大的时候在差的最前面添加一个负号；

对于乘法，两个两位数的积最多是四位，因此设置四个乘法子函数分别显示乘积的千位、百位、十位和个位；

对于除法，两个两位数相除最多产生两位数的商，因此设置二个除法子函数，两个分别显示商的十位和个位。

（四）步进电机

步进电机是一种将电脉转化为角位移的数据控制电机，即给它一个脉冲信号，它就按设定的方向转动一个固定的角度。

用户可以通过设置脉冲的个数来控制角位移量，从而实现准确的定位操作；另外，通过控制脉冲频率来控制电机转动速度和加速度，从而实现调速的目的。

当然，对于步进电机各组绕组（即内部线圈）的控制脉冲要有一定的顺序，否则电机无法正常旋转。

MagicARM2410试验箱上的步进电机为四项步进电机，电机驱动为18°。

S3C2410A的GPIO驱动能力有限，必须通过ULCN2003达林顿集成驱动芯片驱动步进电机，在步进电机和驱动电路之间连接了电阻，防止控制紊乱造成电机的损坏。

本工作模块使用的步进电机的步进角是18°，由于步进电机旋转角度与输入脉冲数目成正比，所以输入20个脉冲信号，步进电机就会旋转20个步进角，且刚好转一圈（20*18°=360°）。

旋转一圈的时间是60s/30圈=2s，旋转一个步进角的时间是2s/20=100ms（每圈20个步进角）。

也就是说给一个脉冲信号，旋转一个步进角，延时100ms，再给一个脉冲信号，旋转一个步进角，延时100ms，这样就可以获得转速为30转/分。

同理：

把延时时间改为50ms可以使转速变为60转/分。

（五）直流电机

直流电机的控制相对较为简单。

调节PWM的分频，占空比等改变PWM的输出，最终实现电机的调速。

根据电路图可以，当TOUT0为低电平的时候，电机反转或者停机；当TOUT0为高电平的时候，电机反转，正转，停机。

S3C2410A具有四路PWM输出，输出口分别为TOUT0-TOUT3其中两路带有死区控制功能。

为了能正确输出PWM信号，需要正确设置GPBCON寄存器选择相应的I/O的TOUTx功能。

然后，通过TCFG0寄存器为PWM定时器时钟源设置预分频值，通过TCFG1寄存器选择PWM定时器时钟源。

接着，通过TCNTB0寄存器设置PWM周期，通过TCMPB0设置PWM占空比。

最后，通过TCON寄存器启动PWM定时器，即可输出PWM信号。

（六）IIC总线及I/O接口

S3C2410A具有一个硬件I/O接口，可以配置为主发送、主接收、从发送和从接收等4种工作模式。

I/O接口包含4个寄存器，控制寄存器IICCON用于设置IIC总线时钟和中断（标志）使能，还有一位中断标志位；状态寄存器IICSTAT除了指示当前IIC总线状态外，还有2位IIC操作模式控制位和总线启动/结束控制位；数据寄存器IICDS用来发送数据或接收数据；从机地址寄存器IICADD用来保存S3C2410A作从机时的器件地址。

对IIC接口进行初始化时，首先要设置相应的I/O为IICSDA、IICSCL功能引脚，然后通过对IICCON寄存器来设置IIC总线时钟，并使能IIC中断（标志），通过IICSTAT寄存器来设置IIC接口为主发送模式。

（七）外部中断

外部中断设置GPF4引脚为外部中断EINT4功能，下降沿触发方式。

初始化S3C2410A中断控制器，设置EINT4为IRQ中断，并使能中断允许。

初始化完成后，等待外部中断产生。

（八）设计过程

本实验为多个实验的综合，可先编辑好各个函数后，在主函数中用条件选择分为5种情况，分别调用实验要求的5种功能函数：

一是实现四个LED灯按照十六进制的规则依次亮灭，主要是在各LED灯按16进制在其相应GPxDAT上写1或0；二是编写加减乘除函数，数据在超级终端上一位一位发送的，要考虑到各种结果的最大可能位数，运算时将接收到的ASCⅡ码转化为相应数字进行运算，发送结果时将各位数对应的ASCⅡ码，从最高位到最低位逐位发送出来，在超级终端上显示的就是其操作结果；三是显示当前系统时间值，调用基础实验中关于RTC实验SendRTC工程中的函数实现；四是控制步进电机速度及方向，本实验通过使用GPIO控制步进电机转动，采用双四拍控制方式，设置两个标志位分别控制方向和速度;五是直流电机靠占空比调节其转速，初始化PWM输出，控制直流电机转动速度，利用独立按键KEY实现速度调节，当速度增大到某个级别时反转，速度再逐渐变小至停止。

三、主要仪器设备及耗材

MAGIC2410开发平台，H-JTAG，PC机各一台

四、实验步骤

1．启动ADS1.2，将实验所需的所有头文件到本实验的工程中。

2．分别编写各个子程序（菜单列出的各项）。

3．在src组中的main.c中编写主程序。

在main.c中修改程序，使用下面程序语句在超级终端上列出选项pleaseselectthefollowing5virtues:

A.LED

B．Maths

C.Time

D.StepMoto

E.DCMoto

使用语句g_getch=UART_GetKey（）;接收字符，使用语句UART_SendByte（g_getch）;发送接收到的字符，使用while循环，嵌入条件选择语句，根据输入的字符选择相应的功能测试

while

（1）

{UARTSend（）;

g_getch=UART_GetKey（）;//接收字符

if（g_getch=='A'）//判断是否为第一公能

{UART_SendStr（"YOUHAVESELECTEDTHEFIRSTVIRTUE!

\n"）;

function_a（）;}

elseif（g_getch=='B'）//判断是否为第二公能

{UART_SendStr（"YOUHAVESELECTEDTHESECONDVIRTUE!

\n"）;

function_b（）;}

elseif（g_getch=='C'）//判断是否为第三公能

{UART_SendStr（"YOUHAVESELECTEDTHETHRETHVIRTUE!

\n"）;

function_c（）;

}

elseif（g_getch=='D'）//判断是否为第四公能

{UART_SendStr（"YOUHAVESELECTEDTHEFOURTHVIRTUE!

\n"）;

function_d（）;

}

elseif（g_getch=='E'）//判断是否为第五公能

{UART_SendStr（"YOUHAVESELECTEDTHETHRETHVIRTUE!

\n"）;

function_e（）;}

else

{UART_SendStr（"YOUHAVENOTSELECTEDONEVIRTUE!

\n"）;}}

4．选用DebugRel生成目标，然后编译连接工程。

5．接好跳线，打开电源。

6．选择【Project】->【Debug】启动AXD进行JTAG仿真测试。

（安装H-JTAG软件并打开，将H-JTAG和2410的初始化文件添加到AXD的configure中）

7．打开超级终端，进行实验功能测试。

五、实验流程图

图1主程序流程图

六、实验数据及结果：

本程序有五个选择功能，以下是主页面显示：

图2主页面

1、选择功能A，四个LED灯按十六进制规则依次亮灭：

图3LED显示

2、选择功能2，输入两个两位数，实现加减乘除并显示运算结果：

图4加减乘除运算

3、选择功能3，显示时间：

图5RTC时间显示

4、选择功能D，实现步进电机转速和方向（在超级终端输入方向和速度，如L,1，表示向左转，速度是1）：

图6步进电机系统

5、实现直流电机调速和正反转：

图7直流电机系统

七、实验总结

在前面做过的基础实验的基础上，第一个综合实验并不难，本程序包含了五个基本功能：

LED十六进制亮灯、两位数的加减乘除、RTC时间显示、控制步进电机转速及方向、控制直流电机转速及方向。

本实验是一个通过串口通信交互控制的综合系统，通过超级终端来选择相应的功能并结合独立按键KEY一起运作，每实现一个功能，能自动跳出循环进行下一次的选择；在控制直流电机时，按键可以控制转速，每按一次既能重新进行一次选择，也能给电机进行加速，当加到某个级时会反转，在减速至停止，若不想再执行此功能，可以通过选择退出循环再重新进行选择。

在本次实验中，对基础实验的融合是整个实验的基础，可以通过在src中加入多个函数以便主函数调用，而调用通过主函数中的if语句进行选择实现：

一是LED灯的全亮和按照十六进制显示是通过GPIO输出控制实现的。

显示十六进制数值时，LED1为最低位，LED4为最高位；二是两位数的四则运算；三是RTC时间显示，定义初始化时钟值时要注意初始化时间（年月日时分秒）是以BCD码的形式存储在相应寄存器中的（由于实验箱的原因，时间并未正常显示）；四是控制步进电机转向及转速。

若将AB--BC--CD--DA--AB看做步进电机正转的话，则反转的顺序就是AD--DC--CB--BA--AD。

实验中定义两个标志位，分别控制方向跟速度，分别发送相应的字符到超级终端后控制电机；五是直流电机的转速和方向通过PWM信号控制，通过改变占空比就能观察到电机方向改变；本实验的返回是通过程序中每运行一个功能后的重新选择，选择否则退出当前功能，再回到主页面重新选择。

通过做综合实验，能学到更多的东西，它的难度虽然比较大，但是通过实践并最后做出实验，很有成就感，同时也很感谢老师在实验中的指导。