步进电机作为开环的执行单元,一直以来在多轴协同系统上得到了普遍的应用。随着我国制造产业结构升级,多轴步进电机控制系统的应用需求也还在不断增长,如快速成型、小型雕刻机、机械臂、机器人等。但当前运动控制器专业性强,价格较贵,因此开发一种低成本、多用途、方便二次开发的多轴步进电机控制系统有了一定的需求。本文就是结合当前的实际需求,利用当前的嵌入式计算机技术成果,提出了基于ARM控制器与实时操作系统相结合的独立运动控制系统设计方案,并完成系统软件及硬件实现、调试及应用。该系统可脱离上位机运行,并且同时控制四轴运动,其中控制三轴完成笛卡尔坐标系运动。系统设计实现中,基于嵌入式实时系统,充分考虑到二次开发,保留软硬件扩展接口,很大程度上提高了该独立运动控制系统的可靠性、易维护性,便于二次扩展。具体内容概述如下:硬件设计上采用基于Cotex-M4内核的STM32F407VG,外围附有电机驱动模块、存储模块、上位机接口、用户互交界面(二次开发串口TFT屏),设计、焊接电路并完成调试工作。在算法实现上,本系统当前实现了梯形加速度规划管理和直线插补算法。系统选用以Bresenham算法为基础的直线插补算法,在三维空间上进行推广后,Bresenham算法可以实现较高速度和精度的直线插补。软件实现上以RTOS(即RT-Thread)为基础,移植RT-Thread到控制器电路板上,调试至稳定运行;对于系统的各项功能,划分为单独任务实现,并对任务间的通讯机制进行了分析,设计实现了用户互交界面的驱动、上位机通信两种模式、运动规划管理、电机底层驱动等。在此基础上,可根据实际运用场合,对该控制器功能进行再次开发,提高了控制器的扩展性能。经测试和实际应用表明,硬件电路可靠,系统功能稳定正常,电机运行过程平稳;根据实际的应用进行开发的产品也使用正常。