基于DSP的步进电机控制系统

目录

第1章 设计内容及要求 ............................................................................................................ - 1 -

1.1 设计内容 ...................................................................................................................... - 1 -

1.2 设计要求和主要任务 .................................................................................................. - 1 -

第2章 总体设计方案 ................................................................................................................ - 1 -

2.1 系统总设计框图 .......................................................................................................... - 1 -

2.2 系统分析 ...................................................................................................................... - 2 -

2.3系统设计 ....................................................................................................................... - 2 -

2.3.1电源电路设计 ................................................................................................... - 2 -

2.3.2驱动电路设计 ................................................................................................... - 3 -

2.3.3 稳压电路设计 .................................................................................................. - 4 -

2.3.4 时钟电路设计 .................................................................................................. - 4 -

2.3.5 比较电压电路设计 .......................................................................................... - 5 -

2.3.6 系统总电路图 .................................................................................................. - 6 -

第3章 DSP5509及程序设计 ..................................................................................................... - 6 -

3.1 DSP5509介绍 ............................................................................................................... - 6 -

2.2 DSP开发环境CCS介绍 ............................................................................................... - 7 -

2.3 程序代码 ...................................................................................................................... - 7 -

第4章 项目设计总结及结论 .................................................................................................... - 9 -

参考文献.................................................................................................................................... - 10 -

附录 ........................................................................................................................................... - 10 -

第1章 设计内容及要求

1.1 设计内容

设计基于TMS320C55x 步进电机控制系统

1、能开关控制步进电机正反转，实现调速及步进电机角位置控制。

2、设计系统结构图，设计系统电源模块，复位电路，时钟模块，JTAG接口，步进电机驱动和控制模块电路等。

3、设计程序流程图，，通过TMS320C55x DSP的软件集成开发环境CCS进程序进行编译调试运行。

4、编写程序代码，调试程序。

1.2 设计要求和主要任务

1、掌握ULN2003器件使用原理；

2、外扩电路控制电机正反转；

3、掌握DSP与外扩电路的通信连接技术；

4、熟悉所用开发软件和工具箱的使用方法；

5、对指定题目进行电路图设计；

6、实现设计电路，编写DSP程序，进行测试和记录。

第2章 总体设计方案

2.1 系统总设计框图

本系统主要由TMS320F2812模块、电源模块、电机驱动模块组成，系统框图如图1。

2.2 系统分析

根据设计的要求挑选器件，使用MC1403芯片为DSP5509为步进电机提供稳定的电压，来使步进电机稳定的工作。提前设置基准电压，用LM339（电压比较器）来使ULN2003输出高低电平来驱动步进电机，用按键功能来实现其正转、反转。画出电路图并编写程序进行调试修改，领取器件按图焊接并在开发版上完成测试。

因为DSP5509芯片需要在最小系统下运行，要设计其电源电路、时钟电路、复位电路。

MC1403芯片能提供稳定的电压。

ULN2003芯片大电流驱动阵列，7路反向器电路，即当输入端为高电平时ULN2003输出端为低电平，当输入端为低电平时ULN2003输出端为高电平。也可以作为一些器件，如步进电机的驱动电路。

2.3系统设计

2.3.1电源电路设计

许多DSP芯片采用双电源供电，通常I/O引脚电源采用3.3V电压，内核电源采用3.3V、2.5V、或者更低的1.8V电源。使用时考虑它们的加电次序。因此采用双电源供电，使用TPS73HD318芯片输出的电压分别为3.3V和1.8V，每路的电源最大输出电流为750ma,并且电机运转

步进电机驱动模块

复位模块

TMS320F5509

电源模块

稳压模块

比较模块

图一 系统总体框图 提供200ms的复位脉冲。如图二所示：

图二 原理图

2.3.2驱动电路设计

ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。ULN2003内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。它是双列16脚封装，NPN晶体管矩阵，最大驱动电压=50V，电流=500mA，输入电压5V，适用于TTL COMS，由达林顿管组成驱动电路。ULN是集成达林顿管IC，内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，它的输出端允许通过电流为200mA，饱和压降VCE 约1V左右，耐压BVCEO 约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，输出电流大。故可直接驱动步进电机。设计如图三所示：

图三 ULN2003

2.3.3 稳压电路设计

MC1403是低压基准芯片。一般用作8～12bit的D/A芯片的基准电压等一些需要基本精准的基准电压的场合。

输出电压: 2.5 V ＋/- 25 mV

输入电压范围: 4.5 V to 40 V

输出电流: 10 mA

电路截图如图四

图四 MC1403芯片

2.3.4 时钟电路设计

DSP芯片提供时钟一般有两种方法，一种是使用外部时钟源的时钟信号，二是利用DSP芯片内部的振荡器构成的时钟电路。采用第二种方法，在芯片的X1和X2/CLKIN引脚之间接入一个晶体，用于启动内部振荡器。如下图五

图五 时钟电路

2.3.5 比较电压电路设计

LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0~（Ucc-1.5V）Vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选用。

LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。图六为该器件的引角图，电器截图如图七