基于TMS320C2000系列DSP的步进电机控制方法研究

2015-08-27朱成喜

机电信息 2015年33期

朱成喜

（江苏理工学院电气信息工程学院，江苏常州213001）

0 引言

目前步进电机在数字控制系统中已经应用得十分广泛，驱动步进电机的电脉冲信号也可以由很多种方式来产生，比如单片机、PLC等控制芯片产生脉冲信号，但这些方法可能存在输出电脉冲不稳定、可调节性差等缺点。因此，本文研究设计了一种使用TMS320C2000系列DSP控制步进电机的方法，基于DSP的事件管理器产生占空比可调的PWM波功能，对四相步进电机采用四相八拍的通电方式，利用输出PWM波的顺序和调节PWM波的频率来调节电机的转向和转速，以达到稳定控制步进电机的目的。

1 步进电机控制原理

本系统控制对象以 M35SP－7N为例，其步进角为7.5°，是一种单极性的四相五线步进电机。它的引脚与线圈对应关系如图1所示。

图1 M35SP－7N引脚与线圈的对应关系

步进电机的A、B、C、D四相分别对应DSP的引脚PWM1、PWM2、PWM3和PWM4。步进电机的控制一般分为四相四拍和四相八拍两种方式，我们使用DSP的事件管理器来产生步进电机的脉冲信号。

2 DSP控制信号原理

TMS320C2000内设有事件管理器EV，事件管理器的比较单元可以产生占空比可调的PWM波。其中比较单元1可产生两路互补的PWM1和PWM2波形，比较单元2可产生两路互补的PWM3和PWM4波形。我们可以利用PWM1、PWM2、PWM3和PWM4这四路PWM波为步进电机产生脉冲信号。

比较单元1和比较单元2全部使用定时器T1作为时基，使定时器T1工作在连续增计数模式。图2为比较单元1产生PWM1和PWM2的原理。

图2 比较单元1产生PWM波原理

比较单元2利用比较寄存器CMPR2与T1CNT的比较匹配点产生PWM3和PWM4波。原理与比较单元1相同。

由于使用比较匹配点产生的PWM波都是互补的波形，不会产生四相四拍的脉冲波形，所以我们使用比较单元的强制电平高和强制电平低来产生。此功能由事件管理器EVA的比较行为控制寄存器A来完成。产生四相PWM脉冲的原理如图3所示。

图3 四相PWM脉冲产生原理

脉冲的高电平时间t即为PWM波的周期T，即：

式中，T1PR为周期寄存器的值；T1CLK为计数脉冲的周期。

由式（1）可知，通过改变T1CLK和T1PR的值即可改变脉冲的频率。并且在编程时，也可改变PWM波高电平的宽度，从而使脉冲的频率进行整数倍的分频。即脉冲的脉宽t为：

本系统控制对象以 M35SP－7N为例，其步进角为7.5°，即电机运行一周需要的脉冲数为：

由式（2）和（3）可得电机的转速n（r／min）为：

由式（4）可知，可以通过调节周期寄存器T1PR的周期值、计数时钟脉冲T1CLK的频率以及分频数j的值，达到指定的转速。

3 系统的软件设计

系统主要完成步进电机的转向、转速和位置调节，程序流程如图4所示。

图4 系统程序流程图

系统程序主要分为主函数流程图和中断子程序流程图。其中主程序主要完成一些初始化的操作，包括系统控制初始化、事件管理器初始化、GPIO初始化、各中断初始化等。初始化结束后，程序进入死循环，等待周期中断。每隔一定时间，程序便会进入周期中断子程序，它主要完成电机转向、转速及位置的调节。电机的转向通过提供正向或反向脉冲进行调节，转速通过设置T1PR、T1CLK和j的值调节，而位置通过提供给电机特定的脉冲个数来调节。