基于STM32的运动控制器设计.docx

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基于STM32的运动控制器设计

基于STM32的运动控制器设计

指导教师梁维源

摘要

运动控制器是现在社会的主流发展，不管是现在还是将来都会有重要的运用。

本文运用STM32输出PWM波对电机进行控制使他们能分别沿着X轴和Y轴以及Z轴移动，STM32发送指令，由TB6560驱动芯片驱动进电机，在图纸上实现绘画，定位，转孔。

选用STM32芯片作为控制核心，通过控制步进电机来控制机器臂，带动X轴和Y轴以及Z轴进行平面画图。

该运动控制器具有精度高、操作方便、速度快、低成本等特点。

关键词：

运动控制器；STM32；步进电机；TB6560

BasedontheSTM32motioncontrollerdesign

Electronicinformationengineeringspecialtylevel2011jiangshijian

SupervisorLiangWeiyuan

Abstract 

Themotioncontrollerisnowthemainstreamofthedevelopmentofsociety,bothnowandinthefuturewillhaveimportantapplications.Greatdefenseandindustrialapplicationsaswellasinlife.Inthispaper,theoutputPWMwaveSTM32motorcontrolsothattheycanalongtheX-axisandY-axisandZ-axismovement,STM32sendcommandsrespectively,drivenbyasteppingmotordriverchipTB6560realizepainting,positioning,turntheholeinthedrawings.TheprogrammakestheselectionSTM32chipsteppermotorcontrolsystembycontrollingthesteppermotortocontroltheroboticarmfromthedrivetotheXandYandZaxisplanedrawing.Themotioncontrollerwithhighprecision,easyoperation,fast,lowcost.Hasgreatdevelopmentprospects.

Keywords:

MovementcontrolSystem,STM32,Steppingmotor,TB6560

前言  1

第一章运动控制器的总设计方案  1

第二章运动电路控制器三维平台设计  3

2.1硬件设计框图  3

2.2运动电路控制控制电路图  3

2.3运动控制器机械运动电路图  4

第三章运动控制器的硬件设计  4

3.1步进电机  4

3.1.1主要构造  4

3.1.2步进电机分类  5

3.1.3步进电机工作原理  5

3.1.4步进电机的特点  6

3.1.5步进电机的控制方法  6

3.2STM32F103VET6  7

3.2.1STM32F103VET6最小系统  7

3.3.2STM32F103VET6定时器  8

3.3.2.1基本定时器  9

3.3.2.2通用定时器  9

3.3.3.3高级定时器  10

3.3TB6560步进电机驱动器  11

3.3.1TB6560步进电机驱动模块  11

3.3.2TB6560步进电机驱动器特点  13

3.3.3TB6560步进电机驱动器功能  13

第四章运动控制器的软件设计  13

4.1PWM概述  14

4.1.1 PWM简介  14

4.1.2 PWM实现  14

4.2.设计要求  15

4.3程序的配置  16

4.3.1.PWM波输出的配置  16

4.3.2绘图控制程序的配置  18

总结  19

致谢  20

参考文献  20

附录程序代码  21

前言

自从运动控制器诞生以来，它不仅推动了社会的发展，也推动了新的技术革新。

运动控制器是美国政府对“NGC”项目，这是下一代控制器开始，进而研究机构已开始对运动控制研究。

随后运动控制器迅速发展，直到今年来运动控制技术不断被完善改良，已经成为一个独特的体系。

就目前国类而言只要分为三类。

第一种是用单片机或微处理器当作中枢的控制器，这类运动控制器的运转速率较慢，精度不高，成本相对于其他控制器较低，在一些只需要低速运功控制和对轨迹要求不高的轮廓控制场合应用[1]。

第二种是用专用芯片（ASIC）当作中枢的控制器，这类控制器构造单一，然而大多数只可输出脉冲信号。

由于该控制器能够提供高速的连续插值，没有前瞻性功能（看头），特别是对于连续加工场合中存在大量的小片段，使用这种控制器不合适。

第三种是基于PC总线的以DSP和FPGA作为核心处理器的开放式运动控制器。

这种运动控制器用DSP芯片当作中枢的控制器，以PC机作为信息处理平台，运动控制器以插卡方式式嵌入PC机，以“PC+运动控制器”的形式。

这类运动控制器完美使用了李永乐DSP的高速数据处理能力和FPGA的超强逻辑处理能力，便于设计出效果完美、性能优优质的运动控制系统。

相对的，我们可以选择适当的方案设计自己产品。

第一章运动控制器的总设计方案

经过查找资料，并选择了其中的一种优质方案设运动控制器的设计方案。

利用步进电机，STM32最小系统以及矩阵按键搭建一个智能用于运动控制器的平台，人通过控制按键输入指令让STM32控制芯片控平台上的三只电机完成相应的功能。

在控制器的运动平台上，传动方向为Y轴电机固定在平台上，用一个电机控制水平面平台板沿X轴运动，将Z轴方向的电机固定在Y轴电机的位移片上来实现X,Y,Z三个方向的位移来实现绘图，其中通过控制Z步进电机的位移来控制笔的起落，控制X轴和Y轴的电机来控制笔的平面运动轨迹，同样也可实现空间立体画图。

整个系统基本上就分为三个模块，电机驱动、电路控制和机械运动两个部分。

电机驱动电路和STM32最小系统是电路的重要组成部分。

按键模块的主要作用就是向控制芯片输入相应的控制指令，通过按键来选择相应的指令，这些按键的内容是和控制器运动相对应的。

TB6560驱动模块主要目的就是驱动步进电机运行进而实现图案的规划，Z轴的起落控制达到控制绘图笔起笔落笔的控制。

机械部分主要由步进电机驱动的玻璃板和机械手。

在每个坐标轴的的的两端都安装了行程开关，使控制臂滑动到尽头时能够停止，对平台具有保护作用。

同时也可以实现自检和找回原点的功能。

每个滑片在滑轨上滑动，当滑动到滑轨尽头就会碰到开关，这时就会给使STM32发出一个反转信号，接着STM32控制电机反转，机器臂找到原点。

支架上的Z轴底部固定有一支画笔，Z轴电机通电的时，通过STM32控制Z轴机械臂来控制抬笔和落笔。

这个动作可以适当添加一个开关来判断是否停止笔的下落。

通过X/Y/Z轴的机械通过程序控制步进电机电机的转与不转，运动速度的快慢不同，使笔在纸上画出不同的轨迹，写出要求的英文和汉字。

运动控制器的机械结构，包括三维平台，X/Y/Z坐标尺，Z、Y、Z坐标尺驱动螺杆驱以及动步进电机MZ，MX和MY。

控制器和STM32最小系统接口，如图1.1所示：

图1.1运动控制器机械原理

从图中可以看出，Z轴的最低端的位置就是放置绘图笔位置。

通过控制3个步进电机的运动，使螺杆驱动的两个运动的标尺，而让画笔描绘轨迹在绘图板上，并最终实现绘图功能。

第二章运动电路控制器三维平台设计

2.1硬件设计框图

X向工作台

TB6560驱动模块

Y向工作台

STM32

外部输入控路

TB6560驱动模块

Z向工作台

图2.1系统框图

2.2运动电路控制控制电路图

本设计的控制模块实物图如图2.2所示。

图2.2控制模块实物图

2.3运动控制器机械运动电路图

三维运动控制工作台由X轴滑台，Y轴划台以及Z轴滑台以及绘图笔组成。

三个方向的运动都具有具有独立性，这样方便控制。

根据设计要求绘图的的要求的精度和图形。

其中控制模式是用指令控制机械手臂，处理X-Y-Z平台上的三个坐标轴方向的动态定位来实现精度控制画图。

结构示意图和实际图如2.3图所示：

Z轴步进电机

Y轴滑台

Z轴滑台

绘图笔

三维平台

X轴滑台

图2.3机械臂结构图

第三章运动控制器的硬件设计

3.1步进电机

3.1.1主要构造

人们早在20世纪20年代就开始使用这类电机。

不管是在社会还是在国防上，只要有使物体产生运动的，将主要使用步进电机作为驱动力。

随着社会的发展，步进电机的规模也越来越大，但是无论怎样，他们可以按照自己的生产类型分为：

可变磁阻步进电动机及永磁步进电机。