單片機控制的激光旋轉加工步進電機控制系統軟件設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u2522單片機控制的激光旋轉加工步進電機控制系統軟件設計案例 1252451.1主程序設計 1311841.2中斷程序設計 2116361.3串口通訊程序設計 5199041.4電機驅動程序設計 61.1主程序設計完成系統運行環(huán)境各模塊的初始化是激光旋轉加工步進電機控制系統主程序的主要功能，其中主要包括初始化系統時鐘。本文采用的系統工作頻率為48mhz；對ADC模塊初始化，本文將ADC模塊的工作模式改為自動轉換掃描，4個采樣通道，時鐘由系統時鐘產生；PWM產生模塊進行初始化，主要設置PWM工作模式，控制輸出和周期。初始化UART串口通信，設置發(fā)送和接收端口、波特率等參數[11]。除此之外，還包括獲取主機信息、讀取撥碼開關參數、中斷軟呼叫等功能。初始化后，激活CCU8中的計時器。在主程序中，調用相應的串行通信函數，對上位機傳輸的信息進行處理，判斷是否對中斷有響應。圖1.1主程序流程圖1.2中斷程序設計激光旋轉加工步進電機控制系統的軟件控制算法主要由主程序和中斷程序實現。PWM中斷程序會實現本文的主要功能，如速度計算、閉環(huán)控制算法、兩相SVPWM控制等功能；其程序的流程圖如圖5-6。主要包括以下幾個部分:坐標變換，將兩相步進電機采樣后得到的兩相電流，通過坐標與兩相步進電機在旋轉坐標系中轉換為正交軸電流。電機的正交軸在旋轉坐標系下。通過坐標將電壓轉換回實際電壓;閉環(huán)控制算法:比較參考轉速與所得到的實際反饋轉速，在速度控制器之中寫入，把它的輸出作為定子電流與采樣后的交軸分量進行坐標變換。將當前差值輸入當前控制器;SVPWM的兩相算法就是將兩相SVPWM模塊里面輸入實際電壓，將得到的PWM占空比輸出，為了可以控制兩相步進電機的運行，就要并實時改變占空比[12]。圖1.2PWM中斷程序流程圖圖1.3閉環(huán)控制算法流程圖ADC中斷主要負責對電機相電流和母線電壓的采樣后的模數轉換和坐標變換。圖1.4AD中斷程序流程圖1.3串口通訊程序設計本文使用的串口通訊是基于Modbus-RTU通訊協議下的，圖1.5為其數據幀處理的流程圖。圖1.5通信數據處理流程圖1.4電機驅動程序設計（1）步進電機閉環(huán)反饋的精確控制在步進電機軟件設計的過程中，通過采用定時器控制PWM脈沖的數量以及頻率實現對步進電機的精確控制，改進后的加工階段速度示意圖如下圖1.6所示。圖1.6加工階段速度示意圖如圖所示，本文將一次完整的加工動作大體劃分為5個階段：1.起步：為了減少丟步現象，電機在啟動過程應該緩慢加速。2.平穩(wěn)加速：在未接觸到工件之前，為防止與工件發(fā)生激烈碰撞，加速較為平穩(wěn)。3.急劇加速：在接觸到工件后，為了提高整體加工速度，進入急劇加速階段。1.高速運行：在加速階段結束后，進入速度較高的運行階段。5.急劇減速：為了避免造成較大噪音以及波動，所以急劇減速，降低步進電機的運行速度[13]。通過軟件編程實現了對步進電機不同運行階段的速度調控，解決了步進電機在運行過程中噪音較大的問題，降低了運轉時的波動程度，提高了加工精度。圖1.7步進電機閉環(huán)反饋控制流程圖實現步進電機精確控制的軟件控制流程如上圖1.7所示，其基本控制原理為利用程序自檢測以及光電檢測裝置實現的閉環(huán)反饋控制。首先步進電機系統會對主控系統發(fā)送的命令進行解析，使能相關定時器，設定初始轉向，設置階段值初值為0，之后定時器會每隔一定的時間發(fā)送一次脈沖直到所發(fā)送的脈沖數大于設置好的溢出值，此時階段值會加1，如果階段值不大于5，會設置新的溢出值以及PWM脈沖頻率控制下一階段的運行角度以及速度，如此往復循環(huán)直到階段數大于5則會跳出循環(huán)。然后檢測本文所設計的光電檢測裝置是否觸發(fā)中斷，如果未檢測到外部中斷，則控制定時器繼續(xù)發(fā)送脈沖，一旦檢測到外部中斷，則控制定時器失能，步進電機達到復位狀態(tài)[14]。（2）電磁振蕩器振動幅度的控制圖1.8電磁振蕩器控制流程圖如上圖1.8所示為電磁振蕩器控制流程圖，首先會對步進電機系統的定時器以及外部中斷進行初始化，在接收到主控的動作指令后會使能相關定時器進行計時操作，同時會觸發(fā)外部中斷將對應的引腳拉低，從而使硬件電路中的可控硅導通，線振器因此會在電磁振蕩器的驅動下振動。若定時器計時時間未到，則引腳持續(xù)保持低電