步进电动机的控制在DSP实验课程改革中的应用*

刘立才　杜传红　蒋宪邦（安顺学院电子与信息工程学院，贵州安顺561000）



步进电动机的控制在DSP实验课程改革中的应用*

刘立才杜传红蒋宪邦
（安顺学院电子与信息工程学院，贵州安顺561000）

摘要：传统DSP应用技术实验课程主要由验证性和综合性项目组成，其操作过程缺乏透明性，学生只能按照已经设定好的接口方式进行编程，模块化功能不明确。本项目以步进电动机的DSP控制实验为例，实现了多层次实践教学的目的。

关键词：DSP应用技术；实验课程改革；步进电机的控制

引言

“DSP应用技术”是我院电子信息工程专业一门非常重要的专业选修课，通过该课程的学习可使学生掌握DSP技术的基本应用。为了使学生理解和掌握课本上的理论知识，必须通过具有一定应用背景的实验项目练习，才能够掌握DSP这门实践性很强的课程。文章以DSP实现步进电动机的控制实验为例，阐述了该课程在实验教学改革过程中实现了多层次实践教学的目的。

一、实验开发平台

（一）DSP系统硬件组成

整个系统分为五个部分组成：电源及看门狗复位电路，键盘，DSP中央控制器TMS320LF2407，光电编码器，步进电机等五部分［1］，如图1所示。在这个实验项目的设计中，采用软件编程实现步进电机转动角度、转动速度的控制，控制数值由键盘输入，并且可以在一定范围内进行设定，方便灵活满足不同用户要求。

图1　实验项目系统硬件组成

（二）DSP集成软件开发环境

Code Composer Studio是一种集成开发环境（IDE），支持TI的微控制器和嵌入式处理器产品系列。开发工具包含整套的用于调试和开发的嵌入式应用工具［2］。用户可以在开发环境下完成工程定义、程序编辑、编译链接、调试和数据分析等环节的工作。它包含了用于优化的C/C++编译器、描述器、调试器、源码编辑器和项目构建环境等功能。随着TI公司新产品的不断推出，TI在CCS2.2的基础上推出了CCS4.x、CCS5.x系列开发环境，目前最新版本是6.1.2。

二、步进电动机的基本控制方式

（一）换相顺序的控制

步进电机的通电换相又称为“脉冲分配”，这一过程对步进电动机来说就是按照步进电动机确定的工作方式进行［3］。并把通电换相这一过程称为“脉冲分配”。四相步进电动机如果在单四拍方式下工作，其各相通电的顺序为应为A-B-C-D，控制信号要按照这一顺序进行四相通电和断电。

（二）步进电动机的转向控制

若对步进电动机进行正序通电换相，它就会正转；若需要反转，只要反序通电换相即可。

（三）步进电动机的转速控制

步进电动机接收到一个控制脉冲，就实现了一个步距角的旋转。这样通过调整脉冲的频率，当步进电动机的工作方式确定之后，就可以实现步进电动机的调速。

三、步进电动机的软件控制实现

图2　脉冲分配实现五相步进电动机控制接口

图3　控制位置子程序流程图

（一）步进电动机的脉冲分配

有两种方法可以实现步进电动机的脉冲分配：分别是软件法和硬件法。此处通过软件实现脉冲分配，这种方法就是采取软件控制方式，实现DSP的脉宽调制向电机驱动电路发出控制信号，使之按给定的通电顺序换相。图2给出了用这种方法控制五相步进电动机的硬件接口。

（二）控制步进电动机的速度

步进电动机的速度控制是用DSP发出的步进脉冲频率来实现的。相邻两个脉冲的周期值越小，所对应脉冲的频率越高，这样步进电动机控制的速度就会越快。由于采取了DSP 的PWM控制方式，周期中断时刻由DSP定时器的周期值决定，换相的时刻也随之确定。所以，电动机的速度由定时器的周期大小来决定。

（三）控制步进电动机的位置

由步进电动机带动的执行机构进行精确的位置移动，就实现了步进电动机的位置控制。步进电动机不需要闭环控制只需要简单的开环控制就可以实现精确的位置控制，这是步进电动机的最大亮点，也是它能够广泛应用的原因。实现位置控制功能程序流程图如图3所示，在每个定时器周期中断需要调用一次。

四、软件调试

连接好仿真器、实验箱及计算机，启动CCS。在计算机上安装编译软件后，进入到CCS集成开发环境中。此时要注意，C语言源代码文件或者是汇编源代码不可以直接生成DSP的可执行代码，此时项目文件保存格式应为*.pit，并通过项目来管理器去设计和调试。这样建立相应工程文件，再把编写好的程序下载到DSP芯片中进行编译、运行即可。

五、结束语

本项实验从DSP应用技术实验课程改革研究出发，结合本学院学生的具体情况，以步进电动机的控制为实例，形成一种从基本的功能单元到模块实现、从模块到系统控制，从仿真到实验、从简单到复杂的层层推进的阶梯式实践教学模式。为学生今后从事DSP技术应用开发等工作打下良好的基础。

参考文献

［1］乔明明，谢金声.DSP精准控制步进电机的研究［J］.消费电子，2014（14）：190-191.

［2］Code Composer Studio（CCS）集成开发环境（IDE）-CCSTUDIO-德州仪器TI工具文件夹：［DB/OL］.http://www.ti.com.cn/tool/cn/ccs tudio，2016.

［3］杨越.基于嵌入式DSP的多对象实验平台研究与设计［D］.长沙：中南大学，2007.

Abstract:Verified and integrated projects are mainly taken in traditional DSP application experimental curricu原lum，with great lack of transparency. In such experimental courses，students have to writing program in set proce原dures，which does not have clear modularity. As for an example of DSP control experiment，the goal of multi-level practice teaching is realized in this project.

Keywords:DSP application technology；experimental curriculum reform；control of stepping motor

中图分类号：G642

文献标志码：A

文章编号：2096-000X（2016）11-0146-02

*基金项目：“安顺学院电子信息技术省级实验教学示范中心开放基金”资助；2015年贵州省教育厅自然科学研究青年项目，合同编号：黔教合KY字［2015］470。

作者简介：刘立才（1981-），男，汉族，安顺学院电子与信息工程学院讲师，硕士研究生，研究方向：现代电路理论，非线性控制。