基于S3C2440的步進電機速度隨動系統(tǒng)的設(shè)計

余康克 鄭建立 東華大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

基于S3C2440的步進電機速度隨動系統(tǒng)的設(shè)計

余康克 鄭建立 東華大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

為了實現(xiàn)步進電機的高精度控制，通過操作旋轉(zhuǎn)編碼器，獲得位置、速度信號，解決傳統(tǒng)的通過鍵盤中斷控制步進電機導(dǎo)致的精度較低的情況。設(shè)計了一套步進電機速度隨動系統(tǒng)，此系統(tǒng)將通過手動轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生的電脈沖信號傳入S3C2440處理器芯片進行信號處理，再通過S3C2440處理器芯片控制步進電機驅(qū)動芯片驅(qū)動步進電機，實現(xiàn)步進電機的高精度，實時手動控制。實驗表明，該控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)通過手動控制旋轉(zhuǎn)編碼器來間接自由地控制步進電機，具有操作靈活、實時性強等特點。此系統(tǒng)能很好的應(yīng)用在醫(yī)療組織切片等場合。

步進電機 旋轉(zhuǎn)編碼器 步進電機驅(qū)動器 S3C2440

隨著醫(yī)療行業(yè)市場的需求，對步進電機的應(yīng)用有越來越多的要求本文針對醫(yī)療組織切片機，設(shè)計了基于S3C2440的步進電機速度隨動系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體框架搭建及控制部分設(shè)計

本系統(tǒng)針對醫(yī)療組織切片機的具體功能設(shè)計了以下四個硬件部分：分別是輸入部分的旋轉(zhuǎn)編碼器E6B2-CWZ1E，信號處理部分的處理器芯片S3C2440，輸出部分的驅(qū)動芯片2MD320，和動作部分的步進電機35H34-0404A，硬件總體架構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)各部分具體細節(jié)

2.1 輸入部分旋轉(zhuǎn)編碼器E6B2-CWZ1E

旋轉(zhuǎn)編碼器E6B2-CWZ1E是一種將旋轉(zhuǎn)位移轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖信號的精密傳感器。特點是小巧，分辨率高，力矩小，耗能低，性能可靠，使用壽命長等特點。我們使用的旋轉(zhuǎn)編碼器是增量型編碼器，使用的型號為E6B2-CWZ6C。

圖1 硬件部分基本架構(gòu)

2.2 信號處理系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1 S3C2440最小系統(tǒng)

此項目需要一個外部中斷接口和五個GPIO接口，于是一個S3C2440芯片的最小系統(tǒng)就能完全滿足以上需要。此最小系統(tǒng)包括SDRAM、Flash、調(diào)試接口、時鐘、電源、復(fù)位。

2.2.2 S3C2440中斷處理方式

旋轉(zhuǎn)編碼器A，B，Z相脈沖信號采集部分采用外部中斷方式，通過S3C2440芯片的GPIO口來完成對輸入脈沖信號的計數(shù)工作。要想正確地執(zhí)行2440的外部中斷，一般需要完成兩個部分內(nèi)容：中斷初始化和中斷處理函數(shù)。中斷處理函數(shù)負責(zé)執(zhí)行具體的中斷指令，為了把這個中斷處理函數(shù)與在2440啟動文件中定義的中斷向量表相對應(yīng)上，需要先定義中斷入口地址變量，該中斷入口地址必須與中斷向量表中的地址一致，然后把該中斷處理函數(shù)的首地址傳遞給該變量，即中斷入口地址。

2.2.3 旋轉(zhuǎn)編碼器鑒相方法

編碼器內(nèi)部把光信號轉(zhuǎn)換成兩組近似于正弦的電信號輸送出去，然后根據(jù)需要把這些信號進行差值或數(shù)字化處理，兩組正弦信號A、B在相位上相差90°。根據(jù)A、B之間的相位關(guān)系即通過鑒相可確定旋鈕的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)A超前于B時為正轉(zhuǎn)，而當(dāng)B超前于A時為反轉(zhuǎn)。在1個周期時間T內(nèi)，S3C2440芯片通過程序能準(zhǔn)確判斷出A點對于B點的相位情況，鑒相程序流程如圖2所示。

圖2 鑒相算法流程

2.3 兩相步進電機驅(qū)動芯片2MD320

2MD320步進電機驅(qū)動器是一款高性價比的兩相步進電機驅(qū)動器，最大可提供2.0A的電流輸出。此步進電機驅(qū)動芯片的脈沖信號端接S3C2440芯片的GPB13口，方向信號端接S3C2440芯片的GPB14口，其他端口根據(jù)具體要求相接。

3 性能測試與實驗結(jié)果

經(jīng)搭建的硬件實物和軟件編程所做的測試，試驗結(jié)果表明步進電機能跟隨旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，并且具有較高精度，基本實現(xiàn)了我們所期望的功能。如表1所示為測試平臺測試出的脈沖接受率。

表1 測試平臺測試出的脈沖接受率

如上所示，測試結(jié)果表明可能人為的在轉(zhuǎn)動編碼器的時候可能出現(xiàn)手抖的情況，但在硬件之間不存在脈沖的丟失，步進電機的驅(qū)動芯片很好的接收了編碼器發(fā)出的所有脈沖，接受率是100%。

4 結(jié)語

本文基于S3C2440芯片的步進電機隨動系統(tǒng)實現(xiàn)了某品牌醫(yī)療切片機的硬件和軟件設(shè)計，實現(xiàn)了該品牌切片機的基本功能，后續(xù)還可以在S3C2440芯片的平臺上繼續(xù)開發(fā)QT界面，使之更好的利用。

[1]姜艷平.編碼器發(fā)展與應(yīng)用[J].新自動化,2006(10):61-63

[2]ARM Limited.ARM 920 T Tecnical Reference Manual.2009,9:15

[3]劉升.二相步進電機驅(qū)動芯片TA8435H及其應(yīng)用[J].國外電子元器件.2005(3):37-39

[4]楊和平,周旋,童軍.步進電機的特點及應(yīng)用[J].黑龍江科技信息,2007

余康克，通信作者，男，碩士研究生，主要研究方向：嵌入式技術(shù)。鄭建立，男，博士，副教授，主要研究方向：微機技術(shù)。