AR4六轴控制板

本项目基于沁恒微电子的CH32V307 RISC-V评估板，设计了一个高性能多轴运动控制平台，支持6路步进电机驱动、3路编码器反馈及1路PWM调光LED接口，适用于3D打印机、CNC机床、机器人关节等需要多轴协同和闭环控制的场景。

​核心功能模块

1. ​步进电机控制（6路）​

   • ​硬件设计：
     • 每路电机接口提供STEP（脉冲信号）、DIR（方向信号）、ENABLE（使能信号）三线控制，兼容A4988/DRV8825/TMC2209等主流驱动器。
     • 利用CH32V307的高级定时器（TIM1/8）​和通用定时器（TIM2-4）​生成6路独立PWM脉冲（最高200kHz），通过GPIO（如PA8、PA9等）输出至驱动器。
     • 集成光耦隔离电路（如PC817）和电源保护模块，隔离MCU与电机驱动电源（12-36V），避免干扰。
   • ​软件实现：
     • 基于硬件PWM实现S形/T形加减速算法，支持微步细分配置。
     • 通过中断或DMA更新脉冲频率，确保多轴同步运动。

2. ​编码器接口（3路）​

   • ​硬件设计：
     • 每路编码器支持ABZ三相差分输入（如1000线增量式编码器），通过GPIO（如PB4-PB5、PB6-PB7等）接入MCU。
     • 采用SN75176芯片实现RS422电平转换，提升长距离传输抗干扰能力。
   • ​软件实现：
     • 配置定时器（如TIM5/6/7）为正交编码器模式，自动计数AB相脉冲，Z相归零中断。
     • 实时读取编码器计数值，计算位置/速度反馈，实现闭环控制（PID算法）。

3. ​LED调光接口（1路）​

   • ​硬件设计：
     • 通过PWM通道（如TIM3_CH1）驱动高亮度LED，支持0-100%亮度调节。
     • 集成MOSFET（如AO3400）扩展驱动能力，支持最大5A电流输出。
   • ​软件实现：
     • 动态调整PWM占空比，支持呼吸灯、闪烁等多种效果。

​系统架构与资源分配

• ​MCU资源利用：
  • ​定时器：TIM1/8（步进电机PWM）、TIM2-4（辅助PWM）、TIM5-7（编码器计数）。
  • ​GPIO：PA0-PA15、PB0-PB15用于步进电机/编码器信号，PC13控制LED。
  • ​通信接口：USB/UART与上位机通信，SPI/I²C扩展外设（如LCD屏）。
• ​电源设计：
  • 评估板3.3V逻辑电源与电机驱动电源隔离，通过DC-DC模块（如LM2596）提供稳定5V/12V输出。

​软件功能扩展

1. ​多轴协同插补算法
   • 支持直线、圆弧插补，实现6轴联动轨迹规划。
2. ​人机交互（HMI）​
   • 通过USB-CDC虚拟串口接收G代码指令，或外接触摸屏实时监控状态。
3. ​故障保护机制
   • 过流检测（ADC采样）、堵转报警（编码器反馈异常）、紧急停止（硬件看门狗）。

​应用场景

• ​工业自动化：多轴机械臂控制、传送带同步系统。
• ​智能设备：3D打印机高精度喷头定位、激光雕刻机轨迹控制。
• ​教育科研：RISC-V嵌入式开发、运动控制算法验证平台。

​优势与创新

• ​RISC-V高性能：144MHz主频+硬件FPU，满足实时控制需求。
• ​灵活扩展：预留SPI/I²C接口，可扩展温度传感器、无线模块等。
• ​低成本方案：相比ARM Cortex-M7方案，硬件成本降低30%。

通过模块化设计和开源固件（基于FreeRTOS），本项目为多轴运动控制提供了高性价比解决方案，兼具工业级可靠性与开发者友好性。