張曉亞　王雁平　唐東成　覃鳳

摘要：本文主要介紹基于STM32和LM629的伺服控制模塊設計，簡述了該系統(tǒng)的整體設計方案。所設計的系統(tǒng)在整體上有比較高的精度，并且穩(wěn)定性比較好，綜合設計性能比較好，實時性比較高。

關鍵詞：STM32；伺服控制系統(tǒng)；L298N；LM629

中圖分類號：TP273；TM383.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）04-0009-02

機械手關節(jié)是機器人的主要部件，其每一個關節(jié)能否完成準確的動作是至關重要的。本文主要是講控制機器手關節(jié)的一個重要的結構——伺服控制模塊。整個系統(tǒng)主要是采用STM32和LM629實現(xiàn)的，能夠很好的提高系統(tǒng)響應速度，減小誤差，最終能夠達到預期精確的位置控制。

1 伺服控制系統(tǒng)的工作原理

如圖1所示，本文設計的伺服控制模塊的硬件部分包括：能夠顯示實時數(shù)據(jù)的顯示模塊、能夠輸入數(shù)據(jù)的鍵盤模塊、核心控制單元STM32及能夠給其提供的時鐘脈沖模塊、專門針對運動控制的LM629芯片[1]以及電機驅動模塊L298N等等。

該伺服控制模塊的采用的是STM32作為主處理器，主要統(tǒng)籌安排整個系統(tǒng)地運行工作。該芯片可以和LM629進行數(shù)據(jù)通信，能夠實時控制LM629，并且LM629可以根據(jù)鍵盤輸入模塊所輸入的數(shù)據(jù)參數(shù)對電機的速度、加速度及位置進行實時的控制。電機驅動模塊L298N受專門的運動控制芯片LM629的控制，而L298N通過增量式光電編碼器將電機的運動狀態(tài)和各種參數(shù)進行數(shù)字化處理，反饋給LM629，這樣就構成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，LM629可以能夠很好的完成對電機的控制。

2 主處理器

主處理器采用的是STM32F407ZGT6，該芯片的配置非常“強悍”，有112個通用輸入/輸出口，192KB的SRAM，1024KB的FLASH，12個16位的定時器及兩個32位的定時器，2個CAN總線接口，2個DMA控制器（16通道），3個12位ADC和2個12位DAC，2個全雙工I2是，3個I2C，一個攝像頭接口和一個硬件隨機數(shù)生成器等等。

3 LM629的工作原理

LM629是一專門用于電機運動控制的芯片[2]，主要包括用于暫時存放位置、加速度及速度信號數(shù)據(jù)的32寄存器，并且可以根據(jù)電機運動期間反饋的具體參數(shù)進行改變；16位PID可編程數(shù)字濾波器及寬度為8位的PWM輸出信號接口；速度梯形發(fā)生器；增量式編碼器接口以及實時可編程主機中斷發(fā)生器等等。

如圖2所示，LM629通過接口與主處理器進行數(shù)據(jù)通信，主處理器把控制電機的具體參數(shù)發(fā)送給PID控制器，并且可以把設定好的運動位置參數(shù)傳送給位置發(fā)生器。PID控制器經過信號處理，把主處理器設定的PID參數(shù)進一步傳送給電機驅動模塊L298N，然后再由L298N控制電機。增量式光電編碼器把電機運行狀態(tài)的信息通過LM629的增量式編碼器接口傳送給LM629的位置反饋處理器[3]，并進一步進行處理，其中包括電機的具體位置、速度等信息。這樣LM629就構成了一個完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)，LM629的目標就是就是能夠實時跟隨位置生成器中設定的目標參數(shù)，最終完成主處理器對電機的控制。

4 L298N工作原理

L298N是控制模塊與電機之間的一驅動模塊， 內部含有4通道邏輯驅動電路。內含有2個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器，能夠接受TTL邏輯電平信號，可驅動46V、2A以下的電機。對電機電壓控制方式有兩種：開關性驅動方式在線性放大驅動方式和線性放大驅動方式。L298N采用的是開放性驅動方式，通過脈沖調制（PWM）來控制電動機的電壓，從而實現(xiàn)電機轉速的控制。

5 伺服控制系統(tǒng)的軟件設計

如圖3所示，伺服控制系統(tǒng)在軟件設計中的結構框圖，主要包括初始化和對系統(tǒng)中各個參數(shù)的設定的。

5.1 初始化

初始化主要是將STM32的輸入輸出端口初始化和顯示屏初始化，以便等待從外圍設備輸入的各種控制電機的初始參數(shù)及顯示屏能夠顯示電機的實時參數(shù)。

5.2 系統(tǒng)參數(shù)的設定及實施

通過鍵盤可以把設定電機的各個參數(shù)輸入到主處理器，系統(tǒng)可以通過SRAM讀入系統(tǒng)，經過LM629進行數(shù)據(jù)處理，傳送給電機驅動模塊L298N對電機進行實時控制。

6 結語

本文設計了基于STM32 和LM629構成的伺服控制系統(tǒng)，有著完整的硬件控制結構和軟件程序設計，并且也應用到實際當中，經試驗驗證，器結構簡單，控制精度高，實時性比較好，可擴展性比較強，穩(wěn)定性比較好。

參考文獻

[1]王華，王立權.電機專用控制器LM629的應用研究[J].電子器件，2005，28（2）：330-333.

[2]廉春原，張永春，王雁平.基于LM629的機械手關節(jié)電機控制器設計[J].湘潭大學自然科學學報，2014，36（4）：104-109.

[3]王華，孟慶鑫，王立權，譚穎.基于LM629的位置伺服控制模塊的設計與研究[J].控制與監(jiān)測，2005，（2）：83-84.