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摘 要

在工业自动化控制中，随着对产品控制精度要求的不断增加，步进电机由于具有旋转速度和角度只由脉冲的频率和数目控制，且控制简单的特点而得到了广泛的应用。由于数字信号处理器（DSP）对步进电机的控制主要的优点就是位移精度高，定位准确,并且可以达到系统实时、精确、高效、安全的设计要求。因此，研究使用数字信号处理器对步进电机进行精确控制具有重要的现实意义。

本文首先从步进电机的研究背景及功能特点出发，介绍了步进电机的工作原理，然后介绍了DSP芯片的主要特点以及分类。针对步进电机的控制对DSP芯片进行了选型，所选用的芯片为TMS320F2812，并对它的结构和特点进行了详细的说明，然后介绍了步进电机的开环控制方法。最后在硬件方面还介绍了驱动芯片ULN2003，在软件方面主要介绍了在CCS软件开发环境下DSP软件设计的基本思想，并给出了主程序和中断程序的流程图和主要程序。

本文主要在CCS开发环境下使用C语言编程实现了对步进电机的控制，最终实验结果得到了正确的脉冲波形，并且步进电机能正常启动、正反转、调速。

关键词：步进电机数字信号处理器（DSP） 控制系统

Stepper Motor Controller Design And Implementation

Abstract

With the industrial automation and control the increasing demand for motor control products as an electrical pulse into angular displacement of the open-loop stepper motor control devices have been widely used. As the digital signal processor (DSP) control of the stepper motor can achieve real-time, accurate, efficient and safe design requirements, Its main advantage is the high displacement accuracy, accurate positioning. enabling the automation of the production process. Therefore, the study DSP applications in the control system has important practical significance.

This paper introduces the development status of the stepper motor, demonstrates the necessity and feasibility of using DSP chip stepper motor control, and on the basis of the main features introduced DSP chip and the classification, for stepper motor control DSP a chip selection, chosen for the structure and characteristics of the chip TMS320F2812 a detailed explanation. Then introduced the DSP control theory and method of the stepper motor. Finally, the basic idea of the software DSP software design, and gives the flowchart of the main program and interrupt program and the main program.

This article uses C programming language for stepper motor control, the final results were correct pulse waveform, the stepping motor can not start properly, reversing, speed.

Keywords: Stepper Motor; Digital Signal Processor (DSP); Control System

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 课题研究意义 1

1.3 课题研究内容 1

第二章 步进电机的选择及控制方式 3

2.1 步进电机概述 3

2.1.1步进电机的分类 3

2.1.2 步进电机的特点 4

2.2 步进电机的结构及工作原理 5

2.2.1 永磁式步进电机特点 5

2.2.2永磁式步进电机的结构 5

2.2.3 步进电机步进原理 6

2.2.4 四相步进电机工作方式 7

2.2.5三种工作方式的比较 11

2.3 步进电机的控制方式 12

2.3.1步进电机的开环控制 12

2.4 本章小结 13

第三章 步进电机控制硬件系统 14

3.1 步进电机的DSP系统 14

3.1.1 DSP 控制器件的基本结构 14

3.1.2 DSP芯片的基本特点 14

3.2 TMS320F2812的结构、资源及注意事项 15

3.2.1 TMS320F2812的硬件结构 15

3.2.2 TMS320F2812的引脚功能 16

3.2.3 如何保证TMS320F2812系统的正常工作 17

3.3 步进电机及驱动系统 18

3.3.1 ULN2003的概述与特点 19

3.3.2 步进电机的参数 20

3.4 本章小结 21

第四章 步进电机控制系统软件设计 22

4.1 CCS5.3资源管理器介绍及应用 22

4.2 程序设计 23

4.2.1 TMS320F2812引脚配置 23

4.2.2步进电机单四拍、双四拍以及八拍的设计 24

4.2.3 步进电机的正反转设计 26

4.2.4 步进电机的速度控制设计 28

4.2.5 CPU定时器0中断服务程序 28

4.3 程序改进 30

4.4 本章小结 31

结束语 32

参考文献 33

致谢 35

第一章 绪论

• 1. 课题研究背景

一种将电磁脉冲信号变换为直线角位移量或是线位移量的开环控制器件被称作为步进电机。在通常情况下，步进电机旋转的速度以及停止的位置只是依赖于控制脉冲信号的频率和脉冲数，并且在合理的范围内并不受负载变化的影响，并且这些参数之间存在一定的线性关系，即给一个脉冲信号，步进电机就会按预设的方向旋转一个角度^[1]。它的响应特性高，定移位精度高，定位准确并且无累积误差，驱动电路及控制方法简单，同时步进电机存在周期性的误差而并没有累积误差的存在，这些特点使得步进电机在各种灵活控制性高的领域操作十分方便。

步进电机的发展与计算机工业紧密相关，随着计算机技术的发展，DSP器件的性能也在不断提高，而且价格也在日益下降，选取DSP器硬件来控制电动机已经成为电动机控制的一种发展趋势。用DSP器件控制的步进电机不仅使电路大大简化了，而且还使控制系统的体积减小了，又进一步提高了步进电机控制的精确性以及控制系统的灵活性。因此，用DSP器件来控制系统可以作为机电一体化的实验平台，以满足现代运动控制技术中实验和研究需要。

• 1. 课题研究意义

步进电机有着响应速度快，定移位精度高，只存在周期性的误差而并没有累积误差且驱动电路和控制方法简单的特点。因此，步进电机被广泛用于各种场合，如：CNC机加工、科研仪器、3D打印技术等等。虽然DSP系统与传统的单片机有很能多相似的地方，但是因为DSP内部有着硬件乘法器，在运算方面比单片机要快的多，这使得通过DSP搭建起来的系统有着更强的浮点运算能力和更强的扩展性。所以，研究利用DSP进行控制步进电机具有重要的现实意义。

• 1. 课题研究内容

本课题研究的主要内容是通过TMS320F28x DSP微控制器对步进电机控制系统进行设计实现，从而实现步进电机正反转以及转速的动态控制要求，达到步进电机精准步进移动的目的。其主要要求是：

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