【正文】 讀取 /存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在一個(gè)具有 32 個(gè)物理中斷的標(biāo)準(zhǔn)處理器實(shí)現(xiàn)上（ Metro 50MHz），達(dá)到了突出的 。 ARM CortexM3 內(nèi)核 處理器 概述 ARM CortexM3 內(nèi)核 處理器是一個(gè)低功耗的處理器，具有門數(shù)少 , 中斷延遲小 , 調(diào)試容易等特點(diǎn)。按性能分成兩個(gè)不同的系列： STM32F103―增強(qiáng)型 ‖系列和 STM32F101―基本型 ‖系列。通過系統(tǒng)分析，我們確立微處理器的選型原則如下： 1) 基于控制類微處理器 2) 內(nèi)置程序存儲(chǔ)空間 3) 內(nèi)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 4) 具備足夠的 I/O 端口 5) 具有常見的封裝形式，且便于電路制作和焊接 6) 性價(jià)比高，容易選購 此外還需考慮處理器在市場(chǎng)的應(yīng)用廣泛情況、學(xué)習(xí)與參考的資料是否豐富。 6) 其他 ： 改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)的拍數(shù) ，以不同拍數(shù)工作。 2) 反向： 步進(jìn)電機(jī)將 以獲得反向信號(hào) 時(shí)刻同樣的速率反向轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)合微處理器的課編程特性可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的其他精確控制，同時(shí) 延展出 LED 顯示功能反饋用戶步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)，延展按鍵選擇功能提供用戶 人機(jī)交互功能，使得步進(jìn)電機(jī)的控制更加方便、直接。 對(duì)于脈沖的控制輸出直接交給微處理器 。 微處理器具有可編程 特性 ， 可以 控制端口脈沖的輸出， 從而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路（以下也可以 成為電流驅(qū)動(dòng)電路）， 達(dá)到步進(jìn)電機(jī)的 轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速 的 精確控制，使得步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用更加方便、 靈活 ?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的 目的 ；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 根據(jù) 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 功能設(shè)計(jì)要求， 本設(shè)計(jì) 完成了步進(jìn)電機(jī)多功能的按鍵選擇和 LED指示顯示 ，并且使得每個(gè)模塊完成各自功能又相互影響、合作 。任何復(fù)雜的步進(jìn)電機(jī)的工作都是基于這些功能 設(shè)計(jì)而成，這使得步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用非常簡(jiǎn)便，也非常廣泛。 本設(shè)計(jì)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的工作原理和步進(jìn)方式作了深刻的研究。通過設(shè)計(jì)全過程，培養(yǎng)了 利用所學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新精神。結(jié)合步進(jìn)電機(jī)的這個(gè)特性，本設(shè)計(jì)將實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的各項(xiàng)基本功能，如： 步進(jìn)電機(jī)的 正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、制動(dòng)等。軟件設(shè)計(jì)更具靈活， 其設(shè)計(jì)將根據(jù)具體功能要求來實(shí)現(xiàn)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè) 脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（即步進(jìn)角）。 步進(jìn)電機(jī)本體和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路兩者密不可分的組成步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng) 。 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 研究目標(biāo)與內(nèi)容 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)研究目標(biāo) 結(jié)合步進(jìn)電機(jī)的角位移特性，可以通過控制通過其中的 脈沖數(shù)目精確的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角 ，達(dá)到精確控制的功能。 實(shí)現(xiàn)了這些基本功能就可以使得步進(jìn)電機(jī)在每個(gè)領(lǐng)域正常的工作 。 這是步進(jìn)電機(jī)的最基本控制。（在極限頻率以內(nèi)） 5) 制動(dòng)： 步進(jìn)電機(jī) 獲得制動(dòng)信號(hào)后將在任何狀態(tài)下 停止轉(zhuǎn)動(dòng)。從成本和電路簡(jiǎn)化方面考慮，我們希望尋找一款體積較小、功能全面、價(jià)格低廉的單片機(jī)。 ATM32F10X 系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的 ARM CortexM3 內(nèi)核。時(shí)鐘頻率 72MHz時(shí)，從閃存執(zhí)行代碼， STM32F10X 功耗 36mA，是 32 位市場(chǎng)上功耗最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于 。它包含了一個(gè)高效的哈佛結(jié)構(gòu)三級(jí)流水線，可提供 快速的。 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 圖 22 CortexM3 部件圖 CortexM3 內(nèi)核具有如下特點(diǎn)： 1) ARMv7M Thumb2 指令架構(gòu)（ ISA）的子集，包括了所有 16 位和 32 位的Thumb2 基本指令，不包括 SIMD 、 DSP 和 ARM 系統(tǒng)訪問 。 5) 硬件除法器。 9) 課打斷 繼續(xù) LDM/STM,PUSH/POP。所以在時(shí)鐘配置是，只需開啟 APB2上的時(shí)鐘，這樣不僅精簡(jiǎn)了代碼量而且降低了功耗。系統(tǒng)時(shí)鐘最大頻率為 72MHz，它通過 AHB分頻器分頻后送給各模塊使用， AHB 分頻器可選擇 1 6 1225 512 分頻。 4) 送給 APB1 分頻器。 APB2 分頻器可選擇 16 分頻，其輸出一路供 APB2 外設(shè)使用 (PCLK2，最大頻率 72MHz)，另一路送給定時(shí)器 (Timer)1倍頻器使用。 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 24 時(shí)鐘樹 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 STM32F10X 的 GPIO 結(jié)構(gòu) 通用輸入輸出接口 (每個(gè) GPIO 端口 都可以由軟件配置成輸出 (推挽或開漏 )、 輸入 (帶或不帶上拉或下拉 )或復(fù) 用的外設(shè)功能端口。 在 APB2 上的 I/O 腳可達(dá) 18MHz 的翻轉(zhuǎn)速度。輸出既可以向負(fù)載灌電流，也可以從負(fù)載抽取電流。C 至 +105176。這些豐富的外設(shè)配置，使得 STM32F103C8 增強(qiáng)型微控制器適合于多種應(yīng)用場(chǎng)合： ? 電機(jī)驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用控制 ? 醫(yī)療和手持設(shè)備 ? PC 外設(shè)和 GPS 平臺(tái) ? 工業(yè)應(yīng)用：可編程控制器、變頻器、打印機(jī)和掃描儀 ? 警報(bào)系統(tǒng)，視頻對(duì)講，和暖氣通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng) STM32F103C8 封裝 實(shí)物圖 見 STM32F103C8 芯片圖 （圖 21） 。 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 單極性步進(jìn)電機(jī) 單極性 步進(jìn)電機(jī)之所以稱為單極性是因?yàn)槊總€(gè)繞組中電流僅沿一個(gè)方向流動(dòng)。單極性步進(jìn)電機(jī)的引線有 5 或 6 根。 （以 5 線 4相為例） 1) 單拍： A – B – C – D 它指每次僅給一個(gè)繞組通電，使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并且運(yùn)動(dòng)到轉(zhuǎn)子永磁體與具體相反記性的繞組對(duì)齊的位置。半拍方式的輸出力矩比雙拍方式小，隨設(shè)計(jì)不同，在 15% 30%之間變化，不過它可以獲得雙拍方式兩倍的步進(jìn)分辨率（每圈兩倍的步數(shù)）。 雙極性步進(jìn)電機(jī)有四根引線，每個(gè)繞組兩條。這也是軟盤驅(qū)動(dòng)器的磁頭步進(jìn)機(jī)械系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)之所以總是采用雙極性步進(jìn)電機(jī)的原因。也就是每周 200 步。 在自動(dòng)化密集的的場(chǎng)合會(huì)有很多被控元件如繼電器，微型電機(jī)，風(fēng)機(jī)，電磁閥，空調(diào)，水處理等元件及設(shè)備，這些設(shè)備通常由 CPU 所集中控制，由于控制系統(tǒng)不能直接驅(qū)動(dòng)被控元件，這需要由功率電路來擴(kuò)展輸出電流以滿足被控元件的電流，電壓。ULN2020 也是一個(gè) 7 路反向器電路，即當(dāng)輸入端為高電平時(shí) ULN2020 輸出端為江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 低電平，當(dāng)輸入端為低電平時(shí) ULN2020 輸出端為高電平，繼電器得電吸合。但輕觸開關(guān)也有它不足的地方，頻繁的按動(dòng)會(huì)使金屬彈片疲勞失去彈性而失效。當(dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從 P 區(qū)注入到 N 區(qū)的空穴和由 N 區(qū)注入到 P 區(qū)的電子，在 PN 結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與 N 區(qū)的電子和 P 區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。 在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。 圖 38 LED 原理圖 圖 39 LED 實(shí)物 圖 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 概要 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為兩大部分：硬件 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 部分和軟件 系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分。 如下圖 41 是 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 ， 其中包括了硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要 設(shè)計(jì) 內(nèi)容，在圖中同時(shí)也簡(jiǎn)要說明了各個(gè)模塊的 關(guān)聯(lián) 關(guān)系 。 詳細(xì)參考 第二章 微控制器 。 圖 42 脈沖發(fā)生模塊接口圖 電流驅(qū)動(dòng)模塊 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 雖然是一種數(shù)控元器件 ， 易于與數(shù)字處理器結(jié)合開發(fā)，但是由于低電壓和較小的電流不能 驅(qū)動(dòng)其正常工作，而且 步進(jìn)電機(jī)也 不能直接 接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。 ULN2020 達(dá)林頓芯片詳細(xì)參考 節(jié) ULN2020 達(dá)林頓陣列驅(qū)動(dòng)芯片 。 輸入信號(hào)通過 ULN2020 達(dá)林頓芯片 后信號(hào)的電流、電壓將遠(yuǎn)高遠(yuǎn)直接從處理器端口輸出的信號(hào)，這樣才能 用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的正常工作?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的 目的 ；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。單極性步進(jìn)電機(jī)的引線有 5 或 6 根。 本課題 采用半拍方式。 如果GPIOA 端 口輸出的控制信號(hào)中，用“ 0”和“ l”分別代表繞組通電和斷電，則可用 8個(gè)控制字來對(duì)應(yīng)這 8個(gè)狀態(tài)。 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 44 步進(jìn)電機(jī)電路圖 LED 顯示模 塊 發(fā)光二極管 LED 是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能， 為發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè) PN 結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。 10％的范圍內(nèi)變動(dòng)。 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 45 LED 電路圖 本課題將使用 LED 燈指示步進(jìn)電機(jī)的工作 狀態(tài)， 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)將使用不同的 LED 指示；同時(shí) LED 閃爍的速率將表示步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速， LED 閃爍的速率越快表明步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也越快 ，這樣非常直接說明 步進(jìn)電機(jī)工作狀態(tài)，給用戶方便的交互平臺(tái)。一般有獨(dú)立按鍵和矩陣鍵盤兩種接口方式。 按鍵 為 共陰 極接入電路，如果 檢測(cè)到 相應(yīng)的端口 為低電平， 就表明按鍵被按下， 也即在 檢測(cè) 按鍵 是否按下 只需 掃描 相應(yīng)接入處理器接口的電平輸 入 即可。 下面將簡(jiǎn)介系統(tǒng) 功能模塊的動(dòng)作說明 。 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 3) 加速按鍵按下時(shí)，處理器接收到 加速 信號(hào)，運(yùn)行 加速 程序， 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 方向不改變 加速轉(zhuǎn)動(dòng)直至極限頻率， 指示 LED 不改變 閃爍 頻率加快 。 理解功能模塊的動(dòng)作，還需要結(jié)合軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ，接下來第五章將介紹軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了節(jié)省 處理器 資源，輸出精準(zhǔn)的脈沖，合理利用處理器 SYSTICK定時(shí)器控制脈沖的頻率，改變轉(zhuǎn)速。該函數(shù)庫還包括每一個(gè)外設(shè)的驅(qū)動(dòng)描述和應(yīng)用實(shí)例。每個(gè)器件的開發(fā)都由一個(gè)通用 API (application programming interface 應(yīng)用編程界面 )驅(qū)動(dòng)， API 對(duì)該驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)，函數(shù)和參數(shù)名稱都進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。 ? 固態(tài)函數(shù)庫概 述（包的內(nèi)容，庫的架構(gòu)），安裝指南，庫使用實(shí)例。開發(fā)工具都可用于 STM32 開發(fā)。 Keil提供了包括 C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些功能組合在一起。 2. 編寫 C 或者匯編源文件。 如下圖 52 Keil 軟件開發(fā)周期圖 所示 ， 這種結(jié)構(gòu)圖完整描述了 Keil 開發(fā)軟件的整個(gè)過程。首先用鼠標(biāo)右鍵 (注意用右鍵 )點(diǎn)擊左邊工程窗口的“ Target 1”，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)菜單，選擇“ Options for Target 39?！保?，即出現(xiàn)工程配置的對(duì)話框，如下圖所示： 在 Device 中選擇型號(hào)為 STM32F103C8 的芯片，這樣 KEIL 就會(huì)在編譯時(shí)采用正確的啟動(dòng)文件； 在 Target 中設(shè)置晶振時(shí)鐘為 8MHz，這樣在軟件仿真的時(shí)候就會(huì)更加接近硬件上的效果，尤其是延時(shí)等。 系統(tǒng)初始化 配置 系統(tǒng)時(shí)鐘初始化 配置 在處理器正常工作前，肯定要做一些初始化工作，其中最主要的一個(gè)就是初始化各種時(shí)鐘。 此外還需要使用到期模塊的函數(shù) FLASH_PrefetchBufferCmd、FLASH_SetLatency 配置 FLASH 緩沖 功能。 5) 設(shè)置 RCC_CFGR 使用 PLL 作為系統(tǒng)時(shí)鐘。當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，處理器的狀態(tài)被自動(dòng)保存到棧中；在中斷服務(wù)子程序結(jié)束之后，又會(huì)自動(dòng)從棧中恢復(fù)處理器的狀態(tài)。故障是指指令執(zhí)行時(shí)由于錯(cuò)誤的條件所導(dǎo)致的異常。優(yōu)先級(jí)的值越小，優(yōu)先級(jí)越高。通過寫中斷優(yōu)先級(jí)寄存器的 PRI_N 字段可以設(shè)置優(yōu)先級(jí)，范圍為0~255。 在 STM32F10X 處理器中 內(nèi)置了一個(gè)系統(tǒng)定時(shí)器 ， 它擁有獨(dú)立的時(shí)鐘源 ， 詳見 圖 24 時(shí)鐘樹 。而軟件延時(shí)是循環(huán)消耗 CPU 的運(yùn)算時(shí)間，在此間 CPU 不會(huì)處理其他任務(wù)。在以前，大多操作系統(tǒng)需要一個(gè)硬件定時(shí)器來產(chǎn)生操作系統(tǒng)需要的滴答中斷，作為整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基。 SysTick 為一個(gè) 24 位遞減計(jì)數(shù)器， SysTick 設(shè)定初值并使能后，每經(jīng)過 1 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，計(jì)數(shù)值就減 1。 4) 調(diào)用 SysTick_SetReload() 設(shè)置 SysTick 重裝載值。 本課題 采用半拍方式。 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 //步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)相序表 static u8 RUN_fa[8] = {0x0e,0x06,0x07,0x03,0x0b,0x09,0x0d,0x0c}?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的 目的 ；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 void turn_faster(voi