【正文】 源 。 void turn_lower(void)。 void turn_fa(void)。 結(jié)合步進(jìn)電機(jī)的特性， 本課題對 步進(jìn)電機(jī)的控制包括 ： 正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和制動 。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個 脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步進(jìn)角）。 如果 需要 使用單拍或雙拍的方式驅(qū)動 步進(jìn)電機(jī)工作， 只需根據(jù)相序狀態(tài)轉(zhuǎn)換表示出相序表即可 。 如下為步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的相序表 ： //步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)相序表 static u8 RUN_zh[8] = {0x0e,0x0c,0x0d,0x09,0x0b,0x03,0x07,0x06}。其工作方式通電換相的相序 為 A – AB – B – BC – C – CD – D – DA，共 8 個狀態(tài)。 源 代碼詳見附錄 步進(jìn)電機(jī) 工作模塊 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn) 相序 表 根據(jù)輸入步進(jìn)電機(jī)繞組的電脈沖的相序不同， 單極性步進(jìn)電機(jī)可以來用三種步進(jìn)方式：單拍、雙拍、半拍方式。 5) 調(diào)用 SysTick_ITConfig() 使能 SysTick 中斷 6) 調(diào)用 SysTick_CounterCmd() 開啟 SysTick 計數(shù)器 這里一定要注意，必須使得當(dāng)前寄存器的值 VAL等于 0！即 SysTickVAL = (0x00)。 SysTick 寄存器 STM32F10X 中的 Systick， Systick 部分內(nèi)容屬于 NVIC 控制部分，一共有 4個寄存器 ，如下表 所示： 表 53 SysTick 寄存器 寄存器 描述 CTRL SysTick 控制和狀態(tài)寄存器 LOAD SysTick 重裝載值寄存器 VAL SysTick 當(dāng)前值寄存器 CALIB SysTick 校準(zhǔn)值寄存器 SysTick 庫函數(shù) 本課題將采 用 庫函數(shù)完成 SysTick 定時模塊， SysTick 配置、中斷子函數(shù)等部分所使用的庫函數(shù)將如下表所示： 表 54 SysTick 庫函數(shù) 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 函數(shù)名 描述 SysTick_CLKSourceConfig 設(shè)置 SysTick 時鐘源 SysTick_SetReload 設(shè)置 SysTick 重裝載值 SysTick_CounterCmd 使能或者失能 SysTick 計數(shù)器 SysTick_ITConfig 使能或者失能 SysTick 中斷 SysTick_GetCounter 獲取 SysTick 計數(shù)器的值 SysTick_GetFlagStatus 檢查指定的 SysTick 標(biāo)志位設(shè)置與否 配置 SysTick 接著開始配置 SysTick，實際上配置 SysTick 的嚴(yán)格過程如下： 1) 調(diào)用 SysTick_CounterCmd() 失能 SysTick 計數(shù)器 2) 調(diào)用 SysTick_ITConfig() 失能 SysTick 中斷 3) 調(diào)用 SysTick_CLKSourceConfig() 設(shè)置 SysTick 時鐘源。計數(shù)到 0 時， SysTick 計數(shù)器自動重裝初值并繼續(xù)計數(shù)，同時內(nèi)部的 COUNTFLAG 標(biāo)志會置位，觸發(fā)中斷 (如果中斷使能情況下 )。 ARM CortexM3 的內(nèi)核中包含一個 SysTick 時鐘。例如，為多個任務(wù)許以不同數(shù)目的時間片，確保沒有一個任務(wù)能霸占系統(tǒng)；或者把每個定時器周期的某個時間范圍賜予特定的任務(wù)等，還有操作系統(tǒng)提供的各種定時功能，都與這個滴答定時器有 關(guān)。 SysTick 定時器 SysTick 定時器被捆綁在 NVIC 中，用于產(chǎn)生 SYSTICK 異常（異常號： 15）。這對于多任務(wù)的控制系統(tǒng)是相當(dāng)浪費資源的。硬件延時有著自己的計時系統(tǒng)，不會占用 CPU，只有到達(dá)了設(shè)定的時間間隔 CPU 才會響應(yīng)中斷，處理中斷過程序。 SysTick 主要的作用就是用來計時，采用 Systick 計時可以獲得準(zhǔn)確的時鐘間隔，從而獲得精準(zhǔn)頻率的脈沖序列。 3) 其他 SysTick 管理 詳見 外部中斷 /時間控制器（ EXTI）管理詳見 延時模塊 延時模塊的功能 延時模塊 作用是使得 處理器經(jīng)過指定的延時后在運行 相應(yīng)的 指令， 延時模板一般用于器件時序的響應(yīng) （ 一些器件由于工作頻率遠(yuǎn)比 CPU 的頻率低 ，短時間的電平狀態(tài)不能使得器件響應(yīng) ，故而 使用延時保持電平的狀態(tài) ） ；還可以 產(chǎn)生一定頻率的脈沖 序列 。硬件優(yōu)先級隨著中斷號的 增加而減小，優(yōu)先級 0 為最高優(yōu)先級， 255 為最低優(yōu)先級。 優(yōu)先級 NVIC 支持通過軟件設(shè)置的優(yōu)先級。 2) 異常的優(yōu)先級 在處理器處理異常時，優(yōu)先級決定了處理器何時以及如何進(jìn)行異常處理。位置是指中斷向量在中斷向量表中的位置，是相對于中斷限量表開始處字的偏移。故障可分為同 步故障和一般故障，同步故障是指當(dāng)指令產(chǎn)生錯誤時就同時報告錯誤，而異江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 步故障則是指當(dāng)指令產(chǎn)生錯誤時無法保證同時報告錯誤。 CortexM3 處理器的一下特性，提高了處理異常的效率并降低了時間的延遲 1) 異常的種類 CortexM3 處理器將復(fù)位、不可屏蔽中斷、外部中斷、故障都統(tǒng)一為異常，異常有多種類型。獲取中斷向量和狀態(tài)保存是同時進(jìn)行的，這提高了進(jìn)入中斷處理的效率。所有的異常處理均在 Handle 模式下進(jìn)行。 6) 在 RCC_AHBENR、 RCC_APB1ENR 和 RCC_APB2ENR 中開啟需要使用的模塊 源 代碼 詳見附錄 嵌套向量中斷控制器 配置 NVIC 驅(qū)動有多種用途：例如使能或者失能 IRQ 中斷，使能或者失能單獨的IRQ 通道，改變 IRQ 通道的優(yōu)先級等等。 4) 設(shè)置 RCC_CR 啟動 PLL，并確認(rèn) PLL 工作正常。 表 52 RCC 庫函數(shù) 函數(shù)名 描述 RCC_DeInit 將外設(shè) RCC 寄存器重設(shè)為缺省值 RCC_HSEConfig 設(shè)置外部高速晶振（ HSE） RCC_WaitForHSEStartUp 等待 HSE 起振 RCC_HCLKConfig 設(shè)置 AHB 時鐘（ HCLK） RCC_PCLK2Config 設(shè)置高速 AHB 時鐘（ PCLK2） RCC_PCLK1Config 設(shè)置低速 AHB 時鐘（ PCLK1） RCC_PLLConfig 設(shè)置 PLL 時鐘源及倍頻系數(shù) RCC_PLLCmd 使能或者失能 PLL 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 RCC_GetFlagStatus 檢查指定的 RCC 標(biāo)志 位設(shè)置與否 RCC_SYSCLKConfig 設(shè)置系統(tǒng)時鐘（ SYSCLK） RCC_GetSYSCLKSource 返回用作系統(tǒng)時鐘的時鐘源 系統(tǒng)時鐘的初始化，需要對 RCC 的 進(jìn)行 配置 ， 在使能 PLL 之前，一定要先配好外部時鐘、 FLASH 預(yù)取指緩存的模式、 FLASH 等待周期數(shù)、 APB1/2 時名鐘、 PLL 倍頻數(shù)。本課題將使用 使用苦函數(shù)來完成系統(tǒng)時鐘的初始化。 通過對 STM32F103 的復(fù)位及時鐘控制 (RCC)模塊分析之后 ，結(jié)合各種寄存器的設(shè)置，以及 庫 函數(shù)的使用 可以完成系統(tǒng)時鐘的各項配置 。 圖 54 工程設(shè)置對話框 此外 如果 需要調(diào)試則需要對 Debug 頁進(jìn)行設(shè)置， uVision4 IDE 支持在線 仿真 調(diào)試和 ULINK 在線調(diào)試 。 將 Output 和 listing 項生成的文件放在預(yù)先建立的 Obj 文件夾中，方便以后工程文件管理。Target 139。Target 139。 uVision4 具有如下特性： ? 功能齊全的源代碼編輯器 ? 用于配置開發(fā)工具的設(shè)備庫 ? 用于創(chuàng)建工程和維護(hù)工程的項目管理器 ? 所有的工具配置都采用對話框進(jìn)行 ? 集成了源碼級的仿真調(diào)試器，包括高速 CPU 和外設(shè)模擬器 ? 用于往 Flash ROM 下載應(yīng)用程序的 Flash 編程工具 ? 完備的開發(fā)工具幫助文檔，設(shè)備數(shù)據(jù)表 和用戶使用向?qū)? 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 如下圖 53 所示 為 uVision4 IDE 集成開發(fā)環(huán)境 ： 圖 53 uVision4 IDE 集成開發(fā)環(huán)境 工程設(shè)置 工程建立好了之后，還要對工程進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)置，以滿足要求。 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 圖 52 Keil 軟件開發(fā)周期圖 uVision4 IDE 集成開發(fā)環(huán)境 uVision4 IDE 是一款集編輯、編譯和項目管理于一身的基于窗口的軟件開發(fā)環(huán)境。 5. 聯(lián)機(jī)調(diào)試。 3. 編譯應(yīng)用程序。 使用 Keil 來開發(fā)嵌入式軟件，開發(fā)周期和其他的平臺軟件開發(fā)周期是差不多的，大致有以下幾個步驟： 1. 創(chuàng)建一個工程，選擇一塊目標(biāo)芯片，并且做一些必要的工程配置。 uVision當(dāng)前最高版本是uVision3,它的界面和常用的微軟 VC++的界面相似，界面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。 電機(jī)停止 鍵 5 返回 電機(jī)減速 鍵 4 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 Keil MDK 簡介 Keil是德國知名軟件公司 Keil（現(xiàn)已并入 ARM 公司）開發(fā)的微控制器軟件開發(fā)平臺，是目前 ARM內(nèi)核單片機(jī)開發(fā)的主流工具。選擇合適的開發(fā)環(huán)境可以加快開發(fā)進(jìn)度，節(jié)省開發(fā)成本。 系統(tǒng)軟件設(shè)計環(huán)境 STM32 微處理器基于 ARM 核，所以很多基于 ARM 嵌入式開發(fā)環(huán)境都可用于 STM32 開發(fā)平臺。 ? 固件庫具體描述：設(shè)置架構(gòu)和每個外設(shè)的函數(shù)。 該 固件庫用戶手冊的整體架構(gòu)如下： ? 定義，文檔約定和固態(tài)函數(shù)庫規(guī)則。 因為該固件庫是通用的，并且包括了所有外設(shè)的功能，所以應(yīng)用程序代碼的大小和執(zhí)行速度可能不是最優(yōu)的。每個外設(shè)驅(qū)動都由一組函數(shù)組成，這組函數(shù)覆蓋了該外設(shè)所有功能。通過使用本固件函數(shù)庫，無需深入掌握細(xì)節(jié)，用戶也可以輕松應(yīng)用每一個外設(shè)。 該函數(shù)庫是一個固件函數(shù)包，它由程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和宏組成，包括了微控制器所有外設(shè)的性能特征。根據(jù)以上分析得到的程序流程圖如下圖所示。適當(dāng)使各項功能模塊化。 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 第五章 軟件 系統(tǒng)設(shè)計 軟件系統(tǒng)設(shè)計 概述 軟件系統(tǒng)設(shè)計 主要完成鍵盤掃描、 LED顯示 指示 、控制 ULN2020使能端和脈沖輸出。 5) 無按鍵按下時，處理器不改變運行的程序，運行效果將不改變，知道有功能選擇按下。減速按鍵按下時，處理相反。 2) 正反轉(zhuǎn)切換按鍵按下時，若步進(jìn)電機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài) ，處理器接收到反轉(zhuǎn)信號，運行反轉(zhuǎn)程序 ， 步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)， 指示反轉(zhuǎn)的 LED 根據(jù)相應(yīng)的轉(zhuǎn)速閃爍，指示正轉(zhuǎn)的 LED 熄滅 ；若步進(jìn)電機(jī)處于 反 轉(zhuǎn)狀態(tài)，處理器接收到正 轉(zhuǎn)信號，運行 正 轉(zhuǎn)程序， 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)， 指示 正 轉(zhuǎn)的 LED 根據(jù)相應(yīng)的轉(zhuǎn)速閃爍，指示 反 轉(zhuǎn)的 LED 熄滅 。 1) 初始狀態(tài)： 處理器運行正轉(zhuǎn)程序， 步進(jìn)電機(jī)以初始 轉(zhuǎn)速 正轉(zhuǎn)，即逆時針轉(zhuǎn)動。 系統(tǒng)功能模塊動作說明 在整個系統(tǒng)設(shè)計中，不同的模塊演繹著各色不同的功能， 通過設(shè)計的關(guān)聯(lián)，不同的動作，不同的模塊將產(chǎn)生不同的信息、效果。 本課題將使用 按鍵作為 步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài) 選擇的 輸入信息 ，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn) 將由同一個按鍵切換 產(chǎn)生信號 （正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)時兩個相反狀態(tài)，可以使用同一個按鍵，這樣 提高資源的利用率 ） ； 步進(jìn)電機(jī)加速、減速、制動將由不同按鍵選擇作為輸入信號 。 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 圖 46 按鍵電路圖 如上圖 46 按鍵電路圖 所示， 圖中有 8 路 獨立的按鍵， 每個按鍵可以與單獨的端口連接 ，如下圖 45 LED 電路圖 中有 8 路獨立的按鍵，每一個 按鍵 接在獨立的端口上，可以獨立的工作。 本課題 需要按鍵接口不是很多，采用獨立按鍵方式， 獨立式按鍵是指直接用GPIO 口線構(gòu)成的單個按鍵電路。單片機(jī)可以采用查詢或中斷方式了解有無鍵輸入并檢查哪一個鍵被按下，并通過轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序，執(zhí)行完又返回到原始狀態(tài) 。 按鍵模塊 按鍵 開關(guān)是一種電子開關(guān)，使用時輕輕點按開關(guān)按鈕就可使開關(guān)接通，當(dāng)松開手時開關(guān)即斷開，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是靠金屬彈片受力彈動來實現(xiàn)通斷的。 LED 為共陽極接入電路 ，如果想點亮任何一盞 LED燈只需給相應(yīng)的端口低電平 ，也即在控制 LED 亮滅時只需控制相應(yīng)接入 處理器接口的電平輸出即可。二是驅(qū)動電路應(yīng)保持較低的自身功耗，這樣才能使LED 的系統(tǒng)效率保持在較高水平。 15％的變動時，仍應(yīng)能保持輸出電