王 坤

（陜西工業(yè)職業(yè)技術學院，陜西 咸陽 712000）

目前，在我國由于市場競爭日益增強，系統(tǒng)集成商和設備制造商要求運動控制系統(tǒng)向著高性能、低功耗、體積小和開放性方向發(fā)展。而μPSD3354D單片機處理器具有運算速度快、功耗低等優(yōu)點，操作系統(tǒng)具有小型、專用、易攜帶和高可靠性等特點，因此在工業(yè)控制領域，得到了廣泛的應用。單片機實現(xiàn)的步進電機控制系統(tǒng)具有成本低、使用靈活的特點，廣泛應用于數控機床、機器人，定量進給、工業(yè)自動控制以及各種可控的有定位要求的機械工具等應用領域、步進電機是數字控制電機，將脈沖信號轉換成角位移，電機的轉速、停止的位置取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，非超載狀態(tài)下，根據上述線性關系，再加上步進電機只有周期性誤差而無累積誤差，因此步進電機適用于單片機控制、步進電機通過輸入脈沖信號進行控制，即電機的總轉動角度由輸入脈沖總數決定，而電機的轉速由脈沖信號頻率決定。步進電機的驅動電路是根據單片機產生的控制信號進行工作。因此，單片機通過向步進電機驅動電路發(fā)送控制信號就能實現(xiàn)對步進電機的控制[1]。

1 系統(tǒng)設計原理

μPSD3354D單片機運動控制系統(tǒng)主要由μPSD3354D單片機包含一個高速時鐘的8032微控制器、一個PSD模塊、兩塊大容量的FLASH存儲器（主FLASH提供256KB、次FLASH提供32KB），6個I/O口，通過PSDsoft Express 軟件對PSD模塊的配置實現(xiàn)I/O口和存儲器的擴展，使我們的設計真正實現(xiàn)了SOC系統(tǒng)，并可以在Keil μVision2環(huán)境下編程實現(xiàn)實時高速復雜的計算[2]。

在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程中，雖然匯編語言一直是電子工程師首選，但是高級語言程序移植方便，程序結構性、堅固性好，支持數學運算，采用條理清晰的結構化編程，程序的可維護性好，可協(xié)同開發(fā)軟件，開發(fā)周期短[3]?，F(xiàn)在針對開發(fā)嵌入式單片機系統(tǒng)的高級語言C編譯器已可以產生代碼很高的機器代碼，而且我們使用的μPSD3354D單片機片內集成了大容量的SRAM和FALSH存儲器，很好地支持了高級語言的開發(fā)，同時我們的繪圖又要進行復雜的數據處理，因此我們選用在Keil μVision2環(huán)境下C語言編程。

系統(tǒng)框圖如圖1所示[4]。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)硬件的設計與實現(xiàn)

系統(tǒng)原理圖如圖2所示。μPSD3354D單片機用于進行數據處理和控制電機的運行。通過PSDsoft Express 軟件配置PSD實現(xiàn)存儲器和I/O口的擴展。主FLASH的fs0配置為數據存儲器，次FLASH的csb00t0配置為程序存儲器，配置PA口的8個引腳連接到LCD的8位數據總線；配置PB7作為連接到LCD的片選信號；配置PB6作為連接到LCD的讀／寫信號；配置PB5作為連接到LCD的寄存器選擇信號。P4口組成4×4鍵盤用于數據輸入，2×16字符點陣液晶顯示器LCD1602實現(xiàn)數據動態(tài)顯示。步進電機選用42BYGH102二相混合式步進電機，驅動器芯片選用BL-210二相混合式步進電機驅動器，通過P1.1和P1.7分別控制電機1和電機2的轉動方向，通過P1.0和P1.6分別控制電機1和電機2的轉速。

圖2 系統(tǒng)原理圖

2.2 系統(tǒng)軟件的設計與實現(xiàn)

我們利用A、B、C、D 、*作為功能鍵，首先掃描鍵盤有無鍵按下，若有則可以按任意功能鍵處理，若鍵入A輸入動圓的圓心橫坐標，若鍵入B輸入動圓的圓心橫坐標，若鍵入C輸入任一定點橫坐標，若鍵入D輸入任一定點橫坐標，*+1控制物體做任意曲線運動，*+2控制物體做動圓運動，*+3控制物體做到任意定點運動。系統(tǒng)軟件流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件流程圖

3 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

3.1 動態(tài)顯示物體所在位置坐標的設計與實現(xiàn)

在運動過程中如果物體位置每改變一次就顯示一次，由于單片機頻率太高而無法看清顯示內容。對此設置一個標志，將每個步進點橫坐標四舍五入與該標志比較，如果相同，就顯示該點坐標，并將該坐標值賦給標志，用于下次比較，以達到動態(tài)顯示重物坐標的預想效果。

3.2 鍵盤輸入容錯設計與實現(xiàn)

當從鍵盤輸入數據時，出現(xiàn)了字符，如果該字符不是結束輸入的“#”號確認符，給出非法輸入提示信息“error!”；如果輸入圓心坐標距離運動平面周邊小于半徑時，同樣提示錯誤信息，并返回系統(tǒng)重新輸入；若給定定點超出平面范圍，提示出錯，返回重新輸入界面。

3.3 任意曲線的尋跡設計

在該過程中，黑線的識別是問題的關鍵，我們在物體的上中下各接一個傳感器，使用反射式光電檢測器和電壓比較器LM339。對于接收，將反射式光電檢測器接受管設在深飽和區(qū)，只在檢測到黑色區(qū)域時退出飽和區(qū)，然后采用LM339將電壓信號轉變成數字信號。

在物體中的三個傳感器如圖4所示，傳感器1檢測到黑線物體向上運動，傳感器2檢測到黑線物體向前運動，傳感器3檢測到黑線物體向下運動，在物體上接一繼電器，在畫筆上接一彈簧。對于黑線的斷點處理則處理為：如果三個傳感器均未感應到黑線則物體繼續(xù)向前運動一段距離，并通過繼電器控制彈簧將畫筆提起，如果檢測到則畫筆放下繼續(xù)運動，否則以該點為圓心，選一較小半徑畫圓繼續(xù)尋找，直到找到為止。

圖4 傳感器安裝示意圖

4 結語

該系統(tǒng)的設計以通過μPSD3354D單片機控制步進電機控制物體的運行情況。系統(tǒng)可靠性高，利用鍵盤控制，具有良好的人機界面；能夠比較精確地控制物體運動，并給出誤差分析；用 LCD實時動態(tài)顯示物體坐標。適應范圍較廣，電路簡單，成本低，控制方便，移植性強，實用價值高。

[1]秦龍.MSP430單片機常用模塊與綜合系統(tǒng)實例精講[M].電子工業(yè)出版社，2007.7

[2]金之誠.uPSD32XX高速SOC51單片機原理及應用[M].清華大學出版社，2005.1

[3]王曉明.電動機的單片機控制[M].北京航空航天大學出版社，2010.9

[4]李洪偉.可編程單片機外圍芯片PSD的原理及應用[M].電子工業(yè)出版社2003.1

[5]李偉，李保華.步進電機驅動電路[J].試驗技術與試驗機，2004年第3、4期