-.z.課程設(shè)計報告書題目:基于stm32的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程：嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)2016年4月15日課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)號學(xué)生姓名專業(yè)〔班級〕設(shè)計題目基于stm32的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)參數(shù)基于STM32平臺；實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制；LCD顯示。設(shè)計要求通過STM32實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的準(zhǔn)確控制，經(jīng)按鍵實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)一定角度，再通過TFT彩色LCD顯示圖片和系統(tǒng)信息。參考資料[1]杜春雷.STM32體系構(gòu)造與編程.:清華大學(xué)出版社,2003[2]劉燦偉.基于STM32的步進(jìn)電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究.華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文,2007[3]周立功.STM32微控制器根底與實(shí)踐(第二版).:北京航空航天大學(xué)出版社,2005[4]張綺文,謝建雄,謝勁心.:STM32嵌入式常用模塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計實(shí)例精講.電子工業(yè)出版社,2007[5]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計.:清華大學(xué)出版社,1999[6]顧繩谷.電機(jī)及拖動根底.機(jī)械工業(yè)出版社,2007[7]陳世元.電機(jī)學(xué).中國電力出版社,2005[8]張民.微機(jī)控制步進(jìn)脈寬調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報,2001[9]張廣溢,郭前崗.電機(jī)學(xué).:重慶大學(xué)出版社,2002[10]李發(fā)海.電機(jī)與拖動根底.:北京播送電視大學(xué)出版社,1993[11]于海生.微型計算機(jī)控制技術(shù).清華大學(xué)出版社,2006[12]邵裕森,戴先中.過程控制工程.機(jī)械工業(yè)出版社,2000學(xué)生姓名：**：專業(yè)：課程設(shè)計題目：基于stm32的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)成績：指導(dǎo)教師：年月日信息工程學(xué)院課程設(shè)計成績評定表摘要本文的主要工作是基于STM32步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計。隨著越來越多的高科技產(chǎn)品逐漸融入了日常生活中，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)生了巨大的變化。單片機(jī)、C語言等前沿學(xué)科的技術(shù)的日趨成熟與實(shí)用化，使得步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)有了新的的研究方向與意義。本文描述了一個由STM32微處理器、步進(jìn)電機(jī)、LCD顯示器、鍵盤等模塊構(gòu)成的，提供基于STM32的PWM細(xì)分技術(shù)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用STM32微處理器為核心，在MDK的環(huán)境下進(jìn)展編程，根據(jù)鍵盤的輸入，使STM32產(chǎn)生周期性PWM信號，用此信號對步進(jìn)電機(jī)的速度及轉(zhuǎn)動方向進(jìn)展控制，并且通過LCD顯示出數(shù)據(jù)。結(jié)果說明該系統(tǒng)具有構(gòu)造簡單、工作可靠、精度高等特點(diǎn).關(guān)鍵詞：STM32微處理器；步進(jìn)電機(jī)；LCD顯示；PWM信號；目錄TOC\o"1-3"\u1任務(wù)提出與方案論證51.1任務(wù)提出51.2方案論證52總體設(shè)計62．1系統(tǒng)的硬件設(shè)計62.2控制系統(tǒng)軟件設(shè)計63詳細(xì)設(shè)計及仿真83.1設(shè)計主要程序局部83.2調(diào)試與仿真94總結(jié)105實(shí)物圖和仿真圖111任務(wù)提出與方案論證步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的整個設(shè)計中最重要的局部是利用PWM細(xì)分實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速的處理，雖然PWM調(diào)速很早就開場研究應(yīng)用，但如何用PWM細(xì)分調(diào)速的快速性和準(zhǔn)確性至今仍是生產(chǎn)和科研的課題。隨著微電子技術(shù)的開展與普及，更多高性能的單片機(jī)應(yīng)用使得PWM細(xì)分實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)PWM調(diào)速的快速性和準(zhǔn)確性都有了極大的提高。1.1任務(wù)提出總體方案根據(jù)課題要求，本設(shè)計采用STM32corte*-M3處理器，由SPGT62C19B電機(jī)控制模塊作為直流電機(jī)的驅(qū)動芯片，由ADC輸入電位器產(chǎn)生調(diào)速命令，用TFT彩色LCD作為顯示模塊。1.2方案論證步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)硬件方案本系統(tǒng)主要由一塊STM32平臺、SPGT62C19B型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊構(gòu)成，以STM32為核心，包括電機(jī)驅(qū)動、電機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換、LCD顯示等模塊。系統(tǒng)的構(gòu)造框圖如圖2.1所示。STM32作為主控芯片，通過I/O端口來控制SPGT62C19B型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片，從而實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制。通過ADC輸入電位器產(chǎn)生調(diào)速命令反應(yīng)給STM32，STM32調(diào)節(jié)SPGT62C19B型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊的狀態(tài)，從而使電機(jī)改變轉(zhuǎn)速和方向。同時，電機(jī)轉(zhuǎn)速可由彩色液晶LCD顯示出來，用ADC輸入電位器來對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速等進(jìn)展設(shè)定。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)軟件方案硬件功能的實(shí)現(xiàn)離不開軟件的設(shè)計與完成。軟件設(shè)計是步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計中最重要、最關(guān)鍵的局部，也是本次畢業(yè)設(shè)計的難點(diǎn)之處。由于本系統(tǒng)使用STM32平臺，運(yùn)用KeilforARM開發(fā)環(huán)境，在KeiluVision軟件平臺進(jìn)展開發(fā)。本課題軟件設(shè)計的思想主要是自頂向下，模塊化設(shè)計，逐一設(shè)計各個子模塊，分別進(jìn)展調(diào)試，最后的連調(diào)整個程序，判斷是否到達(dá)預(yù)期的要求，做出結(jié)論。各個局部函數(shù)都可相互調(diào)用又相對獨(dú)立可調(diào)，保證調(diào)試的便利與程序的可讀性。2總體設(shè)計第一局部具體介紹了步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，包括SPGT62C19B電機(jī)控制模塊電路的設(shè)計；第二局部闡述了步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計；2．1系統(tǒng)的硬件設(shè)計本系統(tǒng)采用STM32作為主控制器，采用ADC輸入電位器作為輸入局部，步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動電路采用SPGT62C19B型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊。下面分別對STM32以及相關(guān)模塊的特性進(jìn)展具體介紹。〔1〕步進(jìn)電機(jī)模塊本設(shè)計選用專用的電機(jī)驅(qū)動芯片SPGT62C19B。SPGT62C19B電機(jī)控制模組是為學(xué)生以及單片機(jī)愛好者學(xué)習(xí)步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)控制而設(shè)計的學(xué)習(xí)套件。模組采用凌陽SPGT62C19B電機(jī)驅(qū)動芯片，配置兩相步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)各一臺，并提供4位LED數(shù)碼管用來顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速等信息。模組配備的步進(jìn)電機(jī)為35BYJ26型永磁步進(jìn)電機(jī)，工作方式為雙極性兩相四拍。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接收到一個脈沖信號，它就按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為"步距角〞)。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而到達(dá)準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。〔2〕LCD顯示模塊顯示電路是本設(shè)計硬件的主要構(gòu)成局部，STM32外接TFT模塊，MzT24彩色TFT模塊是一個2.8英寸的TFT模塊，內(nèi)置TFT控制器，對外連接直接通過8位的8080總線進(jìn)展指令和數(shù)據(jù)的傳輸。MzT24有像素點(diǎn)數(shù)為240×320，色彩深度為16位色，也就是每一個像素點(diǎn)需要用16位的數(shù)據(jù)來表示其顯示的內(nèi)容。MzT24模塊的顯示操作非常簡便，需要改變*一個像素點(diǎn)的顏色時，只需要對該點(diǎn)所對應(yīng)的2個字節(jié)的顯存進(jìn)展操作即可。這局部電路連接時主要是把數(shù)據(jù)準(zhǔn)確穩(wěn)定的顯示出來，因此連接電路時需注意端口對應(yīng)的準(zhǔn)確連接，否則嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)顯示的穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)顯示不出來數(shù)據(jù)。2.2控制系統(tǒng)軟件設(shè)計控制系統(tǒng)軟件設(shè)計步驟：對于一個完整的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，硬件的設(shè)計與調(diào)試工作僅占整個工作量的一半，應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計也是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計一個非常重要的方面，程序的質(zhì)量直接影響整個系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，好的程序設(shè)計可以克制系統(tǒng)硬件設(shè)計的缺乏，提高應(yīng)用系統(tǒng)的性能，反之，會使整個應(yīng)用系統(tǒng)無法正常工作。不同于基于PC平臺的程序開發(fā)，嵌入式系統(tǒng)的程序設(shè)計具有其自身的特點(diǎn)，在編寫嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序時，可采取如下幾個步驟：(1)明確所要解決的問題：根據(jù)問題的要求，將軟件分成假設(shè)干個相對獨(dú)立的局部，并合理設(shè)計軟件的總體構(gòu)造(2)合理配置系統(tǒng)的資源：與基于8位或16位微控制器的系統(tǒng)相比擬，基于32位微控制器的系統(tǒng)資源要豐富得多，但合理的資源配置可最大的限度發(fā)揮系統(tǒng)的硬件潛能，提高系統(tǒng)的性能。對于一個特定的系統(tǒng)來說，其系統(tǒng)資源，如Flash、EEPROM、SDRAM、中斷控制等，都是有限的，應(yīng)合理配置系統(tǒng)資源。(3)程序的設(shè)計、調(diào)試與優(yōu)化：根據(jù)軟件的總體構(gòu)造編寫程序，同時采用各種調(diào)試手段，找出程序的各種語法和邏輯錯誤，最后應(yīng)使各功能程序模塊化，縮短代碼長度以節(jié)省存儲空間并減少程序的執(zhí)行時間。此外，由于嵌入式系統(tǒng)一般都應(yīng)用在環(huán)境比擬惡劣的場合，易受各種干擾，從而影響到系統(tǒng)的可靠性，因此，應(yīng)用程序的抗干擾技術(shù)也是必須考慮的，這也是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序不同于其他應(yīng)用程序的一個重要特點(diǎn)。KeilforARM軟件開發(fā)環(huán)境本次設(shè)計的軟件局部采用模塊化的設(shè)計思想，將各個功能都編成了相應(yīng)的子程序。程序運(yùn)行時，通過主程序的調(diào)用及相應(yīng)模塊之間的嵌套調(diào)用，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。本設(shè)計所需的STM32的外設(shè)包括PA口、PB口、PC口和定時器端口，所以也要對外設(shè)的時鐘進(jìn)展設(shè)置。由于PA口、PB口、PC口在APB1系統(tǒng)總線外設(shè)上，定時器TIM2和TIM3在APB2系統(tǒng)總線外設(shè)上，所以要對APB1和APB2總線的時鐘頻率進(jìn)展設(shè)置。經(jīng)過APB1與APB2的分頻，將SYSCLK轉(zhuǎn)換成可以進(jìn)展外設(shè)及TIM可以接收的系統(tǒng)時鐘。在時鐘初始化子程序中先對系統(tǒng)時鐘的模式進(jìn)展選擇，即將系統(tǒng)時鐘設(shè)置為HSE模式〔外部時鐘模式〕，然后設(shè)置AHB時鐘等于系統(tǒng)時鐘，且設(shè)置了低速或高速AHB，最后使能的時鐘，時鐘初始化子程序的流程。3程序設(shè)計及仿真3.1設(shè)計主要程序局部〔主函數(shù)〕-.z.-.z.3.2調(diào)試與仿真調(diào)試包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和整體聯(lián)調(diào)。由于硬件和軟件的研制是相對獨(dú)立進(jìn)展的，因此軟件調(diào)試是在硬件完成之前，而硬件也是在無完整軟件情況下進(jìn)展調(diào)試的。在調(diào)試中找出缺陷，判斷故障源，對硬、軟件做出修改，反復(fù)進(jìn)展這一過程，直至確信沒有錯誤之后接入單片機(jī)進(jìn)展整機(jī)聯(lián)調(diào)。軟件系統(tǒng)的調(diào)試任務(wù)是要查出程序設(shè)計當(dāng)中的語法及邏輯錯誤，并加以糾正。由于本課題設(shè)計軟件程序的編寫是按功能模塊的劃分來完成的，所以軟件調(diào)試可以采用"先分塊獨(dú)立測試后組合聯(lián)機(jī)〞、"先單步調(diào)試后聯(lián)合調(diào)試〞的方法。所謂的"先分塊獨(dú)立后組合聯(lián)機(jī)〞就是首先將軟件程序進(jìn)展模塊分類，把與硬件無關(guān)的模塊進(jìn)展獨(dú)立調(diào)試，把與硬件相關(guān)的程序模塊進(jìn)展軟、硬聯(lián)合仿真調(diào)試。當(dāng)各模塊都獨(dú)立調(diào)試完成后，可將各程序模塊連接起來進(jìn)展聯(lián)調(diào)，以解決在程序模塊連接中可能出現(xiàn)的邏輯錯誤。系統(tǒng)軟、硬件的聯(lián)調(diào)是一個不斷完善的過程，常常需要反復(fù)屢次修改補(bǔ)充才能調(diào)試出一個性能良好的系統(tǒng)。在聯(lián)調(diào)過程中我們經(jīng)常遇到故障，這時需要對系統(tǒng)進(jìn)展檢查，萬用表是使用最多的檢查工具。在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時不排除*個元件被燒壞或者不工作，如SPGT62C19B芯片被燒壞，重新?lián)Q個芯片。以下為在對各個模塊進(jìn)展調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，以及問題的分析與解決過程：一、程序仿真正確，將程序下載到STM32處理器中時，LCD顯示的數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。原因分析與解決方法：既然能夠顯示數(shù)據(jù)，說明硬件LCD連接是正確的。可知，還是在軟件編寫時出現(xiàn)了問題，便從LCD顯示程序一步步檢查，最后發(fā)現(xiàn)定義數(shù)據(jù)的類型出現(xiàn)了錯誤。二、軟件編寫完成后進(jìn)展調(diào)試時下載不了程序。原因分析與解決方法：軟件配置沒有設(shè)置好，經(jīng)過指導(dǎo)教師的指導(dǎo)找到了問題的所在，重新配置好軟件后程序順利的下載。4總結(jié)本設(shè)計將步進(jìn)電機(jī)作為控制對象，根本實(shí)現(xiàn)了PWM細(xì)分技術(shù)下的控制調(diào)速的功能。本文設(shè)計的基于STM32的舵機(jī)控制系統(tǒng)就是在這種背景根底上設(shè)計的。本設(shè)計是在各種儀器連接使用的根底上設(shè)計而成的，只有充分了解有關(guān)STM32微處理器以及各局部之間的關(guān)系才能到達(dá)要求。整個課題的開發(fā)過程主要包括了硬件電路設(shè)計和軟件程序的編寫兩個局部，主要任務(wù)是開發(fā)一個以STM32為核心的控制系統(tǒng)，通過在MDK的環(huán)境下編程，由STM32產(chǎn)生PWM信號，可實(shí)現(xiàn)鍵盤對舵機(jī)角度和速度的控制，能夠通過LCD顯示步進(jìn)電機(jī)方向和速度。通過整機(jī)聯(lián)調(diào)驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性，能滿足設(shè)計要求，到達(dá)了設(shè)計的指標(biāo)。硬件局部是利用STM32體積小、易擴(kuò)展、集成度高、可靠性高、功耗低、