系统软件设计 - 基于STM32F103VCT6单片机的微位移控制系统设计

2 系统软件设计

2．1 上位机软件设计

上位机界面基于VB进行设计，包括初始状态设定，步进电机命令输入，运行模式选择，调频的实现，限位开关，反馈显示，如图5所示。

2．2 下位机软件设计

下位机程序基于RealView MDK开发环境进行开发。RealView MDK集成了业内最领先的技术，包括μVision3集成开发环境与RealView编译器。支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核处理器，自动配置启动代码，集成FLASH烧写模块，强大的Simulation设备模拟，性能分析等功能。程序采用模块化设计，在主函数中实现系统的时钟配置、中断配置、通用输入／输出配置、硬件初始化和用户函数的调用。用户函数包括步进电机运动程序、反馈信号处理程序、限位信号处理程序、频率调节程序等。驱动步进电机所需的脉冲由定时器中断产生。定时器工作模式的向上计数模式，当计数器溢出时产生更新事件。所有的寄存器都被更新，计数器重新开始计数。在程序中设置脉冲启动频率为50 Hz，加减速频率为50 Hz／脉冲，可以改善步进电机运动的平稳性，流程图如图6所示。

2．3 串口通信协议的编写
    上位机与下位机通信采用串口通信，波特率为9 600 b／s、8位数据、一个停止位、无校验、无流量控制、接收发使能。
   

上位机与下位机之间的控制命令采用9个字节每帧，包括电机选择、命令、数据、校验等。

3 实验

在微位移系统测量实验过程中，采用步进电机步进角为1．8°；步进电机驱动器为8细分；定位机构滚珠丝杠导程为4 mm；光栅传感器分辨率为1μm。理论上每发一个脉冲丝杠移动2．5μm。发送为20 000个脉冲，脉冲频率2 000 Hz。理论上光栅传感器产生50 000个脉冲。控制系统对反馈信号进行计数，并发送偏差命令进行实时修正直到最后达到预定位置。同时也进行了速度调节实验，步进电机运行平稳，验证了系统的可靠性。

4 结论

基于STM32F103VCT6单片机的微位移控制系统实现了对上位机命令的响应、处理及数据交互。通过接收上位机发送的各种命令，STM32F 103VCT6单片机控制系统产生相应的控制信号，并通过步进电机带动滚珠丝杠完成规定的动作。同时通过处理位置反馈信号来判断运动是否到位，使三维微位移系统的运动精度大大提高。而且步进电机采用升、降速控制，避免了步进电机的直接启动与急停，大大地改善了步进电机运动的平稳性，而且输出脉冲频率可以在20 kHz以内调节，具有很宽的速度范围，具有很强的适应性。整体上满足了微位移控制系统的要求。