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单片机控制的步进电机加工系统硬件设计案例

目录

TOC\o1-3\h\u27979单片机控制的步进电机加工系统硬件设计案例 1

86021.1单片机选型 1

260041.2电源电路设计 3

4841.3电机驱动电路设计 4

49701.4存储模块电路设计 6

35591.5信号隔离电路设计 7

1.1单片机选型

单片机是由一个CPU、一个程序存储器ROM、一个数据存储器RAM、一个I/O接口电路、一个计时器/计数器、一个串行通信接口、一个中断控制器等主要部件集成成一个微电路。在众多的单片机中，使用最广泛的是8051单片机，由英特尔公司于1981年推出。现在许多新型的单片机也属于8051系列，但是它们在8051单片机的基础上加强了一些功能。1983年是单片机快速发展的时期。在此期间，以MCS-96系列为代表的16位微控制器被发明。16位单片机技术先进，集成度高，允许用户使用专用语言进行生产控制[9]。然而，在16位单片机问世后不久，几家大公司不断地推出具有更高性能和技术卓越的32位单片机。他们有一个非常高的集成水平，并使用新的RISC（减少指令数）。与其他单片机兼容，主频可达300MHz以上，对指令系统进行了进一步优化，运行速度可动态改变，没有高级语言编译器，并具有强大的中断控制系统、事件定时控制系统、并有同步和异步通信控制系统。这种类型的微控制器主要用于汽车，航空航天，先进机器人，军事技术等，并代表了单片机发展的最高水平[10]。

单片机自身的各项性能指标在一定程度上决定了它的各种软、硬件特性，其中，单片机具有各自的技术特点，此时便要掌握各种单片机的基本结构和特性。

应用单片机的基本原理如下：

（1）具有较高的可靠性

提高可靠性是使用单片机的重要原则。单片机在人们的生活和工业生产中主要用于自动控制装置，如果系统在某个时候发生故障，轻则造成不便，慢则造成延迟，重则造成整个系统的故障，各方面损失巨大。MCU系统主要应用于工业和民用领域，在整个系统运行过程中，为保证系统的安全运行，需要对MCU系统进行长期稳定的维护。因此，安全性和可靠性成为MCU系统设计中的主要任务。

（2）性价比超高

系统需要有很高的稳定性和成本控制能力，它要求整个系统达到一定的经济效益。为确保实现的功能具有高可靠性，无需坚持使用GSM和高级部件，可使用8位部件，可尝试不使用16位部件，可使用中间部件，不可使用中间部件。广泛的部件；通过软件可以实现硬件的功能，最大限度地减少零件的数量，从而在一定程度上提高产品的性价比。

（3）操作简易，便于维护

SCM用户的使用通常是对的，因此在设计时应注意尽量简化用户的操作。尽量不要出现故障，在日常使用中，即使有小故障，也要让维修人员及时发现故障原因，以便能迅速排除故障。

（4）可扩展性强

随着市场的不断发展，产品更新逐渐加快。管理MCU的目标是不断变化的，管理功能需要不断扩展。虽然设计的单片机系统没有实现这一功能，但在I/O接口的数据存储、程序存储等方面仍有一定的空白，还有扩展空间。

本文主要是将STM32F103C8T6单片机作为控制芯片，应用在激光旋转步进电机控制系统中。采用LQF48管脚对STM32F103C8T6进行封装，工作电压2V~1.6V，工作温度40~85摄氏度，采用64kb闪存、8kb静态存储器和2个十位ADC等丰富的外部资源，可以有效地降低本系统的硬件成本，避免对资源的浪费。STM32F103C8T6芯片实物图如图1.1所示。

图1.1STM32F103C8T6芯片实物图

它的最小系统主要包括STM32单片机，时钟电路，电源管理电路，JTAG电路，复位电路等，其中STM32时钟可通过内部晶振提供或外接时钟电路产生，时钟电路SYSCLK可选择HIS、HSE或PLL作为时钟源。图1.2显示了STM32F103C8T6处理器及其外围电路。

图1.2STM32F103C8T6及其外围电路

1.2电源电路设计

按照步进电机控制系统对激光旋转加工的要求，激光控制接口板采用5V电源电压，由于高压电路中预留了220V电源接口，因此采用12V直流电源适配器将电源电路转换成5V直流输出的方法较为合理。采用MP2359DC/DC转换器设计了一个12V-5V直流电源。电源电路如图1.3所示。

图1.3激光控制接口板电源电路图

1.3电机驱动电路设计

步进电机作为目前国内市场上应用十分广泛的一种控制类型的电机，拥有着控制稳定且较为精准的优点，并且在运行的过程中只存在周期性的误差，不会产生累计误差。其拥有的上述优点得益于其工作原理为在设定了初始转向的情况下每接收到一个脉冲信号步进电机就会转动一定的角度，随着脉冲频率的增加，步进电机的旋转速度