CN105824271B - 一种stm32控制多路步进电机同步运行的控制系统及控制方法 - Google Patents

一种stm32控制多路步进电机同步运行的控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种STM32控制多路步进电机同步运行的控制系统，其中，包括一STM32单片机、步进电机驱动器和多路步进电机，所述STM32单片机和所述步进电机驱动器电连接，步进电机驱动器驱动步进电机，单片机控制多路步进电机同步运行，采用本发明可利用单片机的定时器资源模拟FPGA里的CLK时钟信号，把定时器中断函数里的代码执行时间近似成一个时刻点(相对于低速的步进电机)，来模拟FPGA的并行执行效果，对多路电机进行同步控制，控制灵活，成本低。

Description

一种STM32控制多路步进电机同步运行的控制系统及控制 方法
技术领域
本发明涉及单片机控制系统领域，尤其涉及的是一种STM32单片机控制多路步进电机同步运行的控制系统及控制方法。
背景技术
在嵌入式控制领域里，步进电机是工业控制中的一种常用执行部件，具有控制灵活、价格低等优点，因而在许多设备和装置中常被采用。而对多个步进电机进行同步控制，传统的嵌入式解决方案是采用FPGA或CPLD等芯片。采用FPGA芯片虽然可以精确地对多路步进电机进行同时控制，但其成本高昂。由于单片机里的程序是一条条顺序执行的，对多个步进电机的控制也只能是一个紧接着一个顺序地进行。若要采用单片机实现对N个电机的同步控制，则要用N+1块单片机；其中的N块单片机负责单独驱动N个电机，另外的一块负责整体控制，通过串口命令对其他的N个电机进行控制，这样也可以达到同步控制的目的，但是非常浪费单片机资源。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种STM32控制多路步进电机同步运行的控制系统及控制方法，以解决现有技术中同步控制步进电机存在如下问题：
1.采用FPGA或CPLD等芯片虽然可以精确地对多路电机同时控制，但其成本高昂。
2.若要采用单片机实现对N个电机的同步控制则要用N+1块单片机，非常浪费单片机资源。
本发明的技术方案如下：
一种STM32控制多路步进电机同步运行的控制系统，其中，包括一STM32单片机、步进电机驱动器和多路步进电机，所述STM32单片机和所述步进电机驱动器连接，步进电机驱动器驱动步进电机，单片机控制多路步进电机同步运行。
所述的STM32控制多路步进电机同步运行的控制系统，其中，所述每一路步进电机配置有一个用于复位的位置传感器。
所述的STM32控制多路步进电机同步运行的控制系统，其中，所述STM32单片机包括至少一组用于推挽输出的GPIO，GPIO连接所述步进电机驱动器，驱动电平信号经比较放大后输出到多路步进电机上。
所述的STM32控制多路步进电机同步运行的控制系统，其中，所述STM32单片机还包括外部中断，所述外部中断配置为上拉输入并和所述位置传感器连接，用于接收电机复位信号。
所述的STM32控制多路步进电机同步运行的控制系统，其中，所述STM32单片机还包括定时器，所述定时器用于产生某一频率的时钟信号，控制电机运行的步数和运行的速度。
所述的STM32控制多路步进电机同步运行的控制系统，其中，所述STM32单片机还包括一与外界通讯的RS232串口。
一种STM32控制多路步进电机同步运行的控制方法，其中，包括以下步骤：
步骤a：单片机主函数执行电机初始化函数，对连接到步进电机的GPIO端口进行初始化，并根据具体应用来设定定时器的频率；
步骤b：根据用户需求，调用用户需求的步进电机运行函数，将相应电机的运行参数通过全局变量传递到定时器中断函数中，在中断函数里设置对应电机的开关、电机速度等参数；
步骤c：若有电机运行函数被调用，则触发定时器中断函数，执行步骤d操作，否则执行步骤m操作。
步骤d：如果第一路步进电机函数有调用，执行步骤e操作，否则执行i操作。
步骤e：在定时器内，打开对应电机的开关，再根据对应电机的速度参数值设置需要等待的定时器时钟个数；
步骤f：在没有触发到位传感器的情况下，执行步骤g操作；否则执行步骤h操作。
步骤g：电机先加速运行，达到指定的速度后开始匀速运行，在最后预计的步数内做减速运动，最后停止在预定的位置上，然后跳转至步骤i执行操作。
步骤h：电机减速到用户预设值后，再反向运行一定步数。
步骤i：程序进入下一个电机的执行函数入口。
步骤j：如果第二路电机函数有调用，执行步骤e-h操作；否则执行步骤i操作。
步骤k：如果第三路电机函数有调用，执行步骤e-h操作；否则执行步骤i操作。
步骤l：直至最后第N路电机函数被调用，程序重复步骤e-h操作；否则执行步骤m操作。
步骤m：退出定时器中断函数，返回主程序执行。
所述的STM32控制多路步进电机同步运行的控制方法，其中，在步骤a中，所述定时器的频率设置为40K。
本发明的有益效果：本发明利用单片机的定时器资源模拟FPGA里的CLK时钟信号，把定时器中断函数里的代码执行时间近似成一个时刻点(相对于低速的步进电机)，来模拟FPGA的并行执行效果，对多路电机进行同步控制，控制灵活，成本低。
附图说明
图1是本发明中STM32控制多路步进电机同步运行的控制系统电路图。
图2是本发明中单片机的主程序流程图。
图3是本发明中单片机中串口中断流程图。
图4是本发明中定时器的中断函数流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
参阅图1，本发明提供一种STM32控制多路步进电机同步运行的控制系统，其中，包括一STM32单片机1、步进电机驱动器2和多路步进电机3，所述STM32单片机1和所述步进电机驱动器2连接，步进电机驱动器驱动步进电机3，单片机控制多路步进电机3同步运行。
进一步地，所述每一路步进电机3配置有一个用于复位的位置传感器31。在本发明中，步进电机用于照相机或其他成像设备的镜头、机身的自动对焦、电子变焦，位置传感器31用于准确探测步进电机3的准确位置以使步进电机3精确复位。
进一步地，所述STM32单片机1包括若干用于推挽输出的GPIO 11，GPIO11连接所述步进电机驱动器2，驱动电平信号经比较放大后输出到多路步进电机3上。
进一步地，所述STM32单片机还包括外部中断12，所述外部中断12配置为上拉输入并和所述位置传感器31连接，用于接收步进电机3的复位信号。
进一步地，所述STM32单片机1还包括定时器13，所述定时器13用于控制步进电机运行的步数。步进电机3收到一个脉冲，需要延时大约250微秒才能运行，如果步进电机3接收到的脉冲频率过快则会造成步进电机3不能启动。在本实施例中，定时器13频率设定为40K，定时器中断函数每隔25微秒就会被调用一次。
进一步地，所述STM32单片机1还包括一个与外界通讯的RS232串口14。
参阅图2，图2是单片机主程序流程图，单片机上电后开始对串口、GPIO、定时器以及外部中断进行初始化。初始化完成后复位步进电机3，若是步进电机3没有检测到位置传感器31程序将停止前进并提示错误信息，否则程序进入到一个主循环。在该循环里，程序每隔5毫秒获取消息队列中的消息，如消息队列为空，没有获得命令，则等待5毫秒后继续获取；如果获取到的消息不为空，则执行相应的命令。如果命令执行成功，等待5毫秒后继续重复如上操作；如果命令执行失败，再次尝试执行，如果尝试3次后都失败，丢弃该命令并提示错误信息。
图3是串口中断函数流程图，串口14初始化完成后串口中断函数就可响应外部事件。当串口14收到命令后，中断函数首先对命令做解析，解析完毕后把命令存放到消息队列中通知主函数读取，然后跳转到主函数里。
参阅图4，本发明还提供一种STM32单片机控制多路电机同步运行的控制方法，其中，包括以下步骤：
步骤a：单片机主函数执行电机初始化函数，对步进电机进行初始化，根据具体应用来设定定时器的频率，在本实施例中，由于电机的运行的最高频率为4K，因此设置定时器频率为40K，留有供电机加减速的调节的余地；
步骤b：根据用户需求，调用用户需求的步进电机运行函数，将相应电机的运行参数通过全局变量传递到定时器中断函数中，在中断函数里设置对应电机的开关、电机速度等参数；
步骤c：若有电机运行函数被调用，则触发定时器中断函数，执行步骤d操作，否则执行步骤m操作。
步骤d：如果第一路步进电机函数有调用，执行步骤e操作，否则执行i操作。
步骤e：在定时器内，打开对应电机的开关，再根据对应电机的速度参数值设置需要等待的定时器时钟个数；
步骤f：在没有触发到位置传感器的情况下，执行步骤g操作；否则跳转至步骤h执行操作。
步骤g：电机先加速运行，达到指定的速度后开始匀速运行，在最后预计的步数内做减速运动，最后停止在预定的位置上，然后跳转至步骤i执行操作。
步骤h：电机减速到用户预设值后，再反向运行一定步数。
步骤i：程序进入下一个电机的执行函数入口。
步骤j：如果第二路电机函数有调用，执行步骤e-h操作；否则执行步骤i操作。
步骤k：如果第三路电机函数有调用，执行步骤e-h操作；否则执行步骤i操作。
步骤l：直至最后第N路电机函数被调用，程序重复步骤e-h操作；否则执行步骤m操作。
步骤m：退出定时器中断函数，返回主程序执行。
虽然实质上单片机并非严格意义上的同时发送脉冲给多路步进电机3，而是按照先后顺序对各路步进电机3发送脉冲，但由于单片机执行一条指令时间大约十几到几十纳秒，相对于低速运行的步进电机(脉冲间延时至少需要250微秒)而言，整个中断函数里的所有代码可以认为在同一时刻完成的，再加上中断函数每隔25微秒执行一次，所以可以等效成FPGA的并行效果。本发明利用单片机的定时器资源模拟FPGA里的CLK同步时钟信号，把定时器中断函数里的代码执行时间近似成一个时刻点(相对于低速的步进电机)，来模拟FPGA的并行执行效果，对多路电机进行同步控制，控制灵活，成本低。
当然，本发明控制多路步进电机同步运行的控制系统及方法不仅仅应用于STM32单片机，本发明同样可以应用于其他型号的单片机。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种STM32控制多路步进电机同步运行的控制系统，其特征在于，包括一STM32单片机、步进电机驱动器和多路步进电机，所述STM32单片机和所述步进电机驱动器连接，步进电机驱动器驱动步进电机，单片机控制多路步进电机同步运行；所述STM32单片机还包括定时器，所述定时器用于产生某一频率的时钟信号，控制电机运行的步数和运行的速度；
调用用户需求的步进电机运行函数，将相应电机的运行参数通过全局变量传递到定时器中断函数中，在中断函数里设置对应电机的开关、电机速度、根据对应电机的速度参数值设置需要等待的定时器时钟个数；若有电机运行函数被调用，则触发定时器中断函数，否则退出定时器中断函数，返回主程序执行；
定时器中断函数：如果第一路步进电机函数有调用，则在定时器内打开对应电机的开关，再根据对应电机的速度参数值设置需要等待的定时器时钟个数，若第一路步进电机函数无调用，程序进入下一个电机的执行函数入口。
2.根据权利要求1所述的STM32控制多路步进电机同步运行的控制系统，其特征在于，所述每一路步进电机配置有一个用于复位的位置传感器。
3.根据权利要求2所述的STM32控制多路步进电机同步运行的控制系统，其特征在于，所述STM32单片机包括至少一组用于推挽输出的GPIO，GPIO连接所述步进电机驱动器，驱动电平信号经比较放大后输出到多路步进电机上。
4.根据权利要求3所述的STM32控制多路步进电机同步运行的控制系统，其特征在于，所述STM32单片机还包括外部中断，所述外部中断配置为上拉输入并和所述位置传感器连接，用于接收电机复位信号。
5.根据权利要求1所述的STM32控制多路步进电机同步运行的控制系统，其特征在于，所述STM32单片机还包括一与外界通讯的RS232串口。
6.一种STM32控制多路步进电机同步运行的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a：单片机主函数执行电机初始化函数，对连接到步进电机的GPIO端口进行初始化，并根据具体应用来设定定时器的频率；
步骤b：根据用户需求，调用用户需求的步进电机运行函数，将相应电机的运行参数通过全局变量传递到定时器中断函数中，在中断函数里设置对应电机的开关、电机速度参数；
步骤c：若有电机运行函数被调用，则触发定时器中断函数，执行步骤d操作，否则执行步骤m操作；
步骤d：如果第一路步进电机函数有调用，执行步骤e操作，否则执行i操作；
步骤e：在定时器内，打开对应电机的开关，再根据对应电机的速度参数值设置需要等待的定时器时钟个数；
步骤f：在没有触发到位置传感器的情况下，执行步骤g操作；否则执行步骤h操作；
步骤g：电机先加速运行，达到指定的速度后开始匀速运行，在最后预计的步数内做减速运动，最后停止在预定的位置上，然后跳转至步骤i执行操作；
步骤h：电机减速到用户预设值后，再反向运行一定步数；
步骤i：程序进入下一个电机的执行函数入口；
步骤j：如果第二路电机函数有调用，执行步骤e-h操作；否则执行步骤i操作；
步骤k：如果第三路电机函数有调用，执行步骤e-h操作；否则执行步骤i操作；
步骤l：直至最后第N路电机函数被调用，程序重复步骤e-h操作；否则执行步骤m操作；
步骤m：退出定时器中断函数，返回主程序执行。
7.根据权利要求6所述的STM32控制多路步进电机同步运行的控制方法，其中，在步骤a中，所述定时器的频率设置为40K。
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