CN112737436B - 一种基于dma的步进电机脉冲输出控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及脉冲步进电机的控制技术领域，本发明提出了一种基于DMA的步进电机脉冲输出控制方法，包括：步骤一：MCU芯片单元接收点动指令信号；步骤二：所述定时器外设中断，所述MCU芯片单元根据所述指令参数信号分别计算出所需输出的总脉冲个数以及单次输出的脉冲个数；步骤三：所述DMA外设中断，所述DMA外设的脉冲发生模块获取所述单次输出的脉冲个数信号后生成所述单次输出的脉冲个数，并输出所述脉冲个数；步骤四：等待下一次所述DMA外设中断与下一次所述定时器外设中断；步骤五：重复步骤二至步骤四，直至DMA外设完成总脉冲个数的输出。本发明通过DMA外设接收MCU的脉冲个数信号来生成脉冲个数输出，可以精确控制脉冲发送的频率和数量。
Description
技术领域
本发明涉及脉冲步进电机的控制技术领域，更具体地说，涉及一种基于DMA的步进电机脉冲输出控制方法。
背景技术
在现有技术中，如图1所示，步进电机脉冲发生由MCU和FPGA配合完成。MCU负责计算每个周期需要发生的脉冲个数，然后将脉冲个数通过特定的通信接口写入FPGA的脉冲发生模块。FPGA在生成本周期的脉冲过程中会通知MCU发送下一个周期需要发生的脉冲个数，这样可以防止发生脉冲衔接不上造成不连续的情况。
现有技术中使用了一颗MCU和一颗FPGA，由于涉及到两颗芯片，系统的可靠性和稳定性有所下降，成本也会比较高，板卡设计难度会增加，产线测试也会更加复杂，故亟需一种单片MCU就可以完成高质量的步进控制脉冲输出，那么硬件成本和系统可靠性都会更加有优势，固件维护难度也会降低。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种基于DMA的步进电机脉冲输出控制方法，所述步进电机内设有MCU芯片单元，所述MCU芯片单元包括所述DMA外设以及定时器外设，包括：步骤一：MCU芯片单元接收点动指令信号；步骤二：所述定时器外设中断，所述MCU芯片单元根据所述指令参数信号分别计算出所需输出的总脉冲个数以及单次输出的脉冲个数；步骤三：所述DMA外设中断，所述DMA外设的脉冲发生模块获取所述单次输出的脉冲个数信号后生成所述单次输出的脉冲个数，并输出所述脉冲个数；步骤四：等待下一次所述DMA外设中断与下一次所述定时器外设中断；步骤五：重复步骤二至步骤四，直至DMA外设完成所述总脉冲个数的输出。
在一些实施例中，在所述步骤二中，所述MCU芯片单元将所述单次输出的脉冲个数信号存入缓存单元后等待所述定时器外设的下一次中断。
在一些实施例中，所述指令参数信号包括所述步进电机的运动距离信息和运动速度信息，所述MCU芯片单元根据所述运动距离信息计算出需要发送的所述总脉冲个数信号，以及根据所述运动速度信息计算出单次输出的脉冲个数信号。
在一些实施例中，所述定时器外设中断由所述定时器外设内的计时模块达到一个预设周期而自动触发，所述DMA外设中断由所述DMA外设检测到上一次单次输出的所有脉冲个数发送完成而自动触发。
在一些实施例中，所述DMA外设的脉冲发生模块从所述缓存单元中获取所述单次输出的脉冲个数信号。
在一些实施例中，所述单次输出的脉冲个数的生成包括如下步骤：首先，所述DMA外设的脉冲发生模块根据所述单次输出的脉冲个数信号计算出所述单次脉冲个数的生成频率；然后，所述DMA外设的频率计算模块根据所述生成频率得到分频系数；最后，所述DMA外设的脉冲发生模块根据所述分频系数生成所述单次输出的脉冲个数并输出所述脉冲个数。
在一些实施例中，所述DMA外设将所述分频系数存入所述定时器外设，触发所述DMA外设的开关模块启动，控制输出所述脉冲个数。
在一些实施例中，检测所述单次输出的所有脉冲个数发送完成情况，若已发送所有脉冲个数，则DMA外设的脉冲发生模块停止发送脉冲并触发所述DMA外设中断，获取下一单次输出的脉冲个数信号。
在一些实施例中，所述频率计算模块根据所述生成频率通过从存储在DMA外设中的频率查表中获取对应的所述分频系数。
在一些实施例中，在所述DMA外设中断触发前，检测上一单次输出的所有脉冲个数发送完成情况，若检测到所述DMA外设的脉冲发生模块未完成单次输出的所有脉冲个数的输出，则继续检测所述单次输出的剩余脉冲个数的输出；若检测到所述DMA外设的脉冲发生模块已完成所述单次输出的所有脉冲个数的输出，则DMA外设的脉冲发生模块停止发送脉冲并触发所述DMA外设中断，且从所述缓存单元中获取下一单次输出的脉冲个数信号。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是现有技术的步进电机脉冲输出的控制流程图；
图2是本发明的单MCU芯片与DMA外设共同控制脉冲输出的控制流程图。
图3是本发明的MCU芯片单次获取脉冲个数输出的控制流程图。
图4是本发明的DMA外设单次输出脉冲个数输出的控制流程图。
图5是本发明的DMA外设的脉冲发生模块的脉冲个数生成的控制流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明的，而不能理解为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。
下面参考图2至图4描述根据本发明实施例的一种基于DMA的步进电机脉冲输出控制方法。
如图2所示，该基于DMA的步进电机脉冲输出控制方法，步进电机内设有MCU芯片单元，MCU芯片单元包括DMA外设以及定时外设，该控制方法包括步骤一即S1：MCU芯片单元接收外部输入指令参数信号(具体来说该步进电机外接操作设备，通过操作人员点击如上位机或电脑或者移动终端的应用程序来输入指令参数信息)；步骤二即S2：定时器外设中断，该MCU芯片单元根据外部输入的指令指令参数信号计算出总脉冲个数以及单次输出的脉冲个数；步骤三即S3：该DMA外设中断，该DMA外设的脉冲发生模块获取该MCU芯片单元计算得出的单次输出的脉冲个数，并输出该单次输出的脉冲个数；步骤四即S4：等待下一次DMA外设中断与下一次定时器外设中断；步骤五即S5：重复S2至S4，直至DMA外设完成所有总脉冲个数的输出。
本发明实施例的基于DMA的步进电机脉冲输出控制方法，通过在单个MCU芯片内设置有DMA外设以及定时器外设，通过系统内部自动触发定时器外设中断以及DMA外设的中断，利用MCU计算得到的单次输出脉冲个数信号作为DMA外设的脉冲发生模块的脉冲生成频率的信息来源，不仅可以将MCU芯片单元与DMA外设实现功能耦合，还可以精确控制脉冲发送的频率和数量，相比现有技术中采用MCU与FPGA的双芯片的组合而言，降低了硬件成本、板卡设计难度与维护难度，还提高了系统的可靠性与稳定性。通过装载有DMA外设的MCU芯片，不仅可以使得脉冲生成个数可控，还能在检测到生成的所有脉冲个数全部发送完毕后触发DMA外设中断，保障脉冲个数生成与输出的连续性。
作为一种优选实施方式，本发明实施例通过在步骤一即S1之前，如图3和图4所示，还应该对MCU以及DMA外设进行初始化设置即步骤S0，该MCU与DMA外设的初始化过程为同时进行，该初始化的目的是为了是DMA外设上的功能与MCU上的功能进行匹配，通过针对MCU芯片单元在特定应用环境的使用，对MCU的功能进行编程，在该编程过程中可以设定MCU以及DMA的初始化程序，例如用于开启定时器外设、DMA寄存器、DMA源地址以及目的地址等等，该初始化设置的步骤是本领域技术人员的常规手段，本申请不在赘述。
作为一种优选实施方式，本发明实施例中，图2和图3所示，指令参数信号包括步进电机的运动距离信息和运动速度信息，该MCU芯片单元根据该运动距离信息计算出需要发送的总脉冲个数，以及根据运动速度信息计算出单次输出的脉冲个数。由于总脉冲个数与单次输出的脉冲个数的确定，再根据定时器外设的预设周期可以确定DMA外设脉冲发生模块输出脉冲个数的次数，MCU芯片单元可以依照内部的算法规则，例如梯形速度算法规则进行规划，例如，步进电机启动后，依照外部输入的运动距离信息以及运动速度信息，会有加速过程，然后匀速过程，最后再减速直至步进电机完成运动距离的移动，故MCU芯片单元不会一开始就能使得步进电机的速度能够达到外部输入的运动速度，使得MCU在计算各定时器中断触发后的间隔时间内的单次输出的脉冲个数会出现不同数量的脉冲个数的情况，不仅可以实现DMA外设对总脉冲个数的输出数量进行精确控制，还能够依据定时器中断触发的不同时间节点对对应的单次输出的脉冲个数的输出数量进行精准控制，这里需要说明的是，定时器外设的预设周期指的是在正式使用该MCU芯片单元前，通过对MCU芯片的各功能模块进行编程，针对该MCU芯片单元在步进电机上的应用而编辑定时器外设的计时周期，故该预设周期在MCU初始化后，即作为MCU芯片单元正常工作时，定时器外设的固定计时周期，该定时器的外设会根据该固定计时周期达到后而触发中断。
作为一种优选实施方式，如图3和图4所示，在步骤二即S2中，还包括步骤S11至步骤S13，具体来说，S11为定时器外设中断的触发；S12为MCU芯片单元将单次输出的脉冲个数信号存入缓存单元；S13为等待定时器外设的下一次中断，在步骤三即S3中，还包括步骤S31至步骤S34，具体来说，步骤S31为DMA外设检测上一单次输出的脉冲个数是否全部发送完成；步骤S32为DMA外设中断触发；步骤S33为DMA外设的脉冲发生模块从该缓存单元中获取单次输出的脉冲个数信号；步骤S34为DMA外设的脉冲发生模块生成该脉冲个数并输出该脉冲个数。由于MCU计算单次输出的脉冲个数的控制过程与DMA外设根据单次输出的脉冲个数来获取脉冲个数的控制过程为两个独立的控制过程，在DMA外设工作时需要总线将MCU的控制权限移交给DMA外设，故为了保证脉冲的持续生成，则需要DMA外设能够及时获取单次输出的脉冲个数信号，因此就需要MCU芯片单元预先把单次输出的脉冲个数信号先存入到缓存单元，这样DMA外设就可以直接获取使用，防止在下一次生成脉冲个数的时候，单次输出的脉冲个数还没有被计算出来，导致程序出错的问题。
作为另一种优选实施方式，如图3和图4所示，步骤S11中的定时器外设中断触发的具体步骤为该定时器外设中断由该定时器外设内的计时模块达到一个预设周期而自动触发，步骤S32中DMA外设中断触发的具体步骤为该DMA外设中断由该DMA外设检测到上一次单次输出的所有脉冲个数发送完成而自动触发。通过触发定时器外设中断，使得MCU芯片单元能够从总线中释放出来用于根据运动距离信息与运动速度信息分别计算输出的总脉冲个数和单次输出的脉冲个数，利用自动触发的方式可以保证MCU芯片单元可以根据模块任务的需要来进行运算与处理，提高MCU芯片单元的工作效率，且不占用总线空间；通过触发DMA外设中断，使得DMA外设的脉冲发生模块根据获取的单次输出的脉冲个数信号来生成该单次输出的脉冲个数，利用自动触发的方式也可以提高DMA外设的工作效率。
在本发明的一些实施例中，如图5所示，步骤S34即单次输出的脉冲个数的生成过程包括如下步骤：步骤S331，该DMA外设的脉冲发生模块根据单次输出的脉冲个数信号计算出单次输出的脉冲个数的生成频率；步骤S332，该DMA外设的频率计算模块根据生成频率得到分频系数；最后，该DMA外设的脉冲发生模块根据分频系数生成单次输出的脉冲个数并输出该脉冲个数。通过将单次输出的脉冲个数的生成过程分为两个步骤进行完成，利用计算得到单次输出的脉冲个数的生成频率作为因子去获取分频系数的过程中，会减少计算误差，进一步保证脉冲个数的生成精度。
在本发明的一些实施例中，如图5所示，步骤S34即单次输出的脉冲个数的生成过程还包括步骤S333即该DMA外设将该分频系数存入定时器外设并生成该单次输出的脉冲个数与步骤S334即触发DMA外设的开关模块启动，具体来说，当分频系数被存入(写入)到定时器外设后，DMA外设会根据被编辑的程序自动触发开关模块启动(该开关模块在第一个分频系数被写入到定时器外设后就一直开关直到总脉冲个数发送完毕后再关闭)，控制输出该脉冲个数，DMA外设检测单次输出的所有脉冲个数发送完成情况，若已发送所有脉冲个数，则DMA外设的脉冲发生模块停止发送脉冲并触发该DMA外设中断，获取下一单次输出的脉冲个数信号，保障总脉冲个数分成单次输出的脉冲个数输出的连续。
在本发明的一些实施例中，如图5所示，步骤S332的具体步骤为频率计算模块根据该生成频率通过从存储在DMA外设中的频率查表中获取对应的分频系数。通过对DMA外设进行编程，将频率查表的信息先存储到DMA外设的寄存器中，该频率查表包括分频系数与生成频率的对应关系，能够通过数学公式或实验数据或个人经验将分频系数与生成频率一一对应起来，频率计算模块根据生成频率利用该频率查表能够快速的找到对应的分频系数，无需进行复杂的运算，不仅能够降低计算频率的误差，还能够提高获取分频系数的精准度。
在本发明的一些实施例中，如图4所示，在步骤S32之前即在该DMA外设中断触发前，检测上一单次输出的所有脉冲个数发送完成情况，若检测到该DMA外设的脉冲发生模块未完成单次输出的所有脉冲个数的输出，则继续检测该单次输出的剩余脉冲个数的输出；若检测到该DMA外设的脉冲发生模块已完成单次输出的所有脉冲个数的输出，则DMA外设的脉冲发生模块停止发送脉冲并触发DMA外设中断，且从该缓存单元中获取下一单次输出的脉冲个数信号。通过对DMA外设完成上一单次输出的所有脉冲个数输出结果进行检测，不仅可以给MCU芯片单元提供时间使得其可以将下一单次输出的脉冲个数信号存入缓存单元，还能够为DMA外设提供触发中断，从而使得DMA外设从缓存单元中自动获取下一单次输出的脉冲个数信号来生成该脉冲个数，保障脉冲个数生成与输出的连续性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于DMA的步进电机脉冲输出控制方法，所述步进电机内设有MCU芯片单元，所述MCU芯片单元包括DMA外设以及定时器外设，其特征在于，包括：
步骤一：MCU芯片单元接收外部输入指令参数信号；
步骤二：所述定时器外设中断，所述MCU芯片单元根据所述指令参数信号分别计算出所需输出的总脉冲个数以及单次输出的脉冲个数；
步骤三：所述DMA外设中断，所述DMA外设的脉冲发生模块获取所述单次输出的脉冲个数信号后生成所述单次输出的脉冲个数，并输出所述脉冲个数；
步骤四：等待下一次所述DMA外设中断与下一次所述定时器外设中断；
步骤五：重复步骤二至步骤四，直至所述DMA外设完成所述总脉冲个数的输出。
2.根据权利要求1所述的基于DMA的步进电机脉冲输出控制方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述MCU芯片单元将所述单次输出的脉冲个数信号存入缓存单元后等待所述定时器外设的下一次中断。
3.根据权利要求1或2所述的基于DMA的步进电机脉冲输出控制方法，其特征在于，所述指令参数信号包括所述步进电机的运动距离信息和运动速度信息，所述MCU芯片单元根据所述运动距离信息计算出需要发送的所述总脉冲个数信号，以及根据所述运动速度信息计算出单次输出的脉冲个数信号。
4.根据权利要求1所述的基于DMA的步进电机脉冲输出控制方法，其特征在于，所述定时器外设中断由所述定时器外设内的计时模块达到一个预设周期而自动触发，所述DMA外设中断由所述DMA外设检测到上一次单次输出的所有脉冲个数发送完成而自动触发。
5.根据权利要求2所述的基于DMA的步进电机脉冲输出控制方法，其特征在于，所述DMA外设的脉冲发生模块从所述缓存单元中获取所述单次输出的脉冲个数信号。
6.根据权利要求1所述的基于DMA的步进电机脉冲输出控制方法，其特征在于，所述单次输出的脉冲个数的生成过程包括如下步骤：
首先，所述DMA外设的脉冲发生模块根据所述单次输出的脉冲个数信号计算出所述单次输出的脉冲个数的生成频率；
然后，所述DMA外设的频率计算模块根据所述生成频率得到分频系数；
最后，所述DMA外设的脉冲发生模块根据所述分频系数生成所述单次输出的脉冲个数并输出所述脉冲个数。
7.根据权利要求6所述的基于DMA的步进电机脉冲输出控制方法，其特征在于，所述输出所述脉冲个数，包括：
所述DMA外设将所述分频系数存入所述定时器外设，触发所述DMA外设的开关模块启动，控制输出所述脉冲个数。
8.根据权利要求7所述的基于DMA的步进电机脉冲输出控制方法，其特征在于，所述DMA外设的脉冲发生模块根据所述分频系数生成所述单次输出的脉冲个数之后，包括：
检测所述单次输出的所有脉冲个数发送完成情况，若已发送所有脉冲个数，则DMA外设的脉冲发生模块停止发送脉冲并触发所述DMA外设中断，获取下一单次输出的脉冲个数信号。
9.根据权利要求6所述的基于DMA的步进电机脉冲输出控制方法，其特征在于，所述频率计算模块根据所述生成频率通过从存储在DMA外设中的频率查表中获取对应的所述分频系数。
10.根据权利要求5所述的基于DMA的步进电机脉冲输出控制方法，其特征在于，在所述DMA外设中断触发前，检测上一单次输出的所有脉冲个数发送完成情况，若检测到所述DMA外设的脉冲发生模块未完成单次输出的所有脉冲个数的输出，则继续检测所述单次输出的剩余脉冲个数的输出；若检测到所述DMA外设的脉冲发生模块已完成所述单次输出的所有脉冲个数的输出，则DMA外设的脉冲发生模块停止发送脉冲并触发所述DMA外设中断，且从所述缓存单元中获取下一单次输出的脉冲个数信号。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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