基于Linux和QT的简便步进电机控制界面设计与实现

嵌入式控制系统以其低功耗、低成本、高性能等优势被广泛用于工业控制领域，而在嵌入式控制系统中步进电机驱动控制技术是关键技术之一。在步进电机控制系统设计中，传统的方法是用逻辑电路或单片机实现步进电机控制，虽然此方法可行，但由于线路复杂而且制成后不易调整，存在一定的局限性。随着嵌入式技术的发展，越来越多的智能化带有界面控制功能的小型设备深入到人们生活当中。开发者基于嵌入式领域中的Qt技术，设计出一套应用于工控领域的具有人机交互界面的智能控制统，Qt是挪威TrolLTEch着名的标志性产品，采用C++++作为程序设计语言，已经成为用C++GUI工具包在Linux上进行自由软件开发的主流，是Linux上流行的KDE桌面环境的基础。Qt/Embedded是着名的Qt库开发商Trolltech公司开发的面向嵌入式系统的Qt版本。Qt是Server/Client结构，延续了Qt在X上的强大功能，在底层摒弃了Xlib，仅采用帧缓冲作为底层图形接口。Qt/Embedded类库完全采用C++封装，提供给应用程序开发者建立艺术级的图形用户界面所需的所有功能。Qt/Embedded是完全面向对象的，很容易扩展，提供了丰富的窗口部件集，并且允许真正的组件编程。

1 硬件电路设计

1.1 系统整体框图

该控制系统的硬件部分主要由：步进电机、TA8435H、S3C2440微处理器、光电耦合器、触摸显示屏组成。控制系统硬件结构图如图1所示。

系统在Linux下应用Qt设计开发嵌入式控制系统人机界面的方法，通过触摸屏界面对步进电机进行控制，控制步进电机的转动方向和转速、细分模式等。 1.2 电路设计 1.2.1 SC2440和TA8435H电路设计 本系统的硬件核心电路是由S3C2440处理器、TA8435H步进电机驱动芯片以及步进电机组成的步进电机控制电路。步进电机控制电路如图2所示。

2 软件设计

由于在实际工业控制中会对电机有精度、速度、稳定性、方向等要求，所以本设计要通过触摸屏按键交互，实现对电机正转、反转、转速、细分模式的选择。 TA8435H芯片有正转反转两种工作模式，分别通过引脚CW/CK1/CK控制电机的正反转。也可以通过M1，M2输入引脚的高低电平来选择细分模式。当M1M2为00表示步进电机工作在整部方式，没有细分;10为半步方式，01为1/4方式;11为1/8细分方式。在低速工作时，可以选用1/4或1/8细分模式，以提高步距角精度;在高速工作时，可以选用整步或半步方式，以提高步进电机运行的稳定性，减小步进电机的噪声和振动。 步进电机的转速是由脉冲信号频率所决定的，脉冲信号的产生与控制实际是由CPU产生的，一般脉冲信号的占空比为0.3—0.4左右，电机转速越高，占空比则越大。本设计中电机转速是通过改变定时器参数，已产生其他频率和占空比的PWM输出控制步进电机。 PWM输出信号占空比公式为