1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由單片機(jī)、鍵盤(pán)LED、驅(qū)動(dòng)／放大和PC上位機(jī)等4個(gè)模塊組成，其中PC機(jī)模塊是軟件控制部分。為保護(hù)單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路，在單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)之間增加過(guò)流保護(hù)電路。圖l為步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)框圖。

2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2．1單片機(jī)模塊

單片機(jī)模塊主要由MSP430FG4618單片機(jī)及外圍濾波、電源管理和晶振等電路組成。

MSP430FG4618單片機(jī)內(nèi)部的8KBRAM和116KBFlash滿足控制系統(tǒng)的存儲(chǔ)要求，P1和P2端口在步進(jìn)電機(jī)工作過(guò)程中根據(jù)按鍵狀態(tài)判斷是否跳入中斷服務(wù)程序來(lái)改變步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)，USART模塊實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和PC上位機(jī)之間的通信，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制。

2．2鍵盤(pán)／LED模塊

為實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)擴(kuò)展了3x4按鈕矩陣鍵盤(pán)和4片8段LED數(shù)碼管，可手動(dòng)直接操作該控制系統(tǒng)。

系統(tǒng)上電后，通過(guò)鍵盤(pán)輸入步進(jìn)電機(jī)的啟停、步數(shù)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向等，由LED管動(dòng)態(tài)顯示步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。鍵盤(pán)的輸入和LED管的輸出由8279進(jìn)行控制，減少單片機(jī)工作負(fù)擔(dān)。

8279編程工作在鍵盤(pán)掃描輸入方式，讀入鍵盤(pán)時(shí)具有去抖動(dòng)功能，避免誤觸發(fā)。圖3為鍵盤(pán)LED模塊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖。

2．3驅(qū)動(dòng)／放大模塊

控制系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)控制用的脈沖分配器(又稱邏輯轉(zhuǎn)換器)PMM8713，該器件是CMOS集成電路，相輸出驅(qū)動(dòng)能力(源電流或吸入電源)為20mA，適用于控制三相或四相步進(jìn)電機(jī)，可選擇下列6種激勵(lì)方式：三相步進(jìn)電進(jìn)：1相，2相，1-2相；四相步進(jìn)電進(jìn)：1相，2相，1-2相。輸入方式可選擇單時(shí)鐘(加方向信號(hào))和雙時(shí)鐘(正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)鐘)兩種方式，具有正反轉(zhuǎn)控制、初始化復(fù)位、原點(diǎn)監(jiān)視、激勵(lì)方式監(jiān)視和輸入脈沖監(jiān)視等功能。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3．1單片機(jī)程序

利用單片機(jī)的定時(shí)器TIMER_A(TA)中斷產(chǎn)生脈沖信號(hào)，通過(guò)在響應(yīng)的中斷程序中實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步數(shù)和圈數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，通過(guò)PWM實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制；利用P1．0端口的中斷關(guān)閉TA中斷程序，并推入堆棧，停止電機(jī)；P1．1中斷則開(kāi)啟TA中斷，堆棧推入程序計(jì)數(shù)器(PC)，開(kāi)啟電機(jī)；P3．1端口輸出高電平由PMM8713的U／D端口控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向；P3．0～P3．7端口接8279的8個(gè)數(shù)據(jù)接口，當(dāng)單片機(jī)掃描到矩陣鍵盤(pán)有鍵按下時(shí)，利用P2端口的中斷設(shè)置TA，控制啟停、調(diào)速和轉(zhuǎn)向等，同時(shí)單片機(jī)反饋給8279控制LED管顯示轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。其程序流程如圖5所示。

3．2PC上位機(jī)模塊

PC上位機(jī)模塊實(shí)現(xiàn)PC機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。利用MSP430單片機(jī)的USART模塊實(shí)現(xiàn)與PC上位機(jī)的通信，PC機(jī)通過(guò)串口向單片機(jī)發(fā)送控制命令，實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制。

單片機(jī)所接收到控制命令暫存在RXBUFFER中，然后與存儲(chǔ)在片內(nèi)Flash的中斷程序的入口地址相比較，相同就進(jìn)入中斷，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制。操作該模塊時(shí)需要開(kāi)啟8MHz晶振為USART模塊設(shè)置波特率(設(shè)置波特率為9600)。

控制軟件由VB6．0編寫(xiě)，利用MSComm控件實(shí)現(xiàn)串行通訊功能。其控制軟件界面如圖6所示。

4系統(tǒng)檢測(cè)

為檢驗(yàn)該控制系統(tǒng)的實(shí)際工作情況，在給定PMM2101輸出工作電流的狀態(tài)下采用能量轉(zhuǎn)化法測(cè)得步進(jìn)電機(jī)輸出的最大靜轉(zhuǎn)矩。選取輸出電流間隔0．2A，測(cè)到步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩與電流之間關(guān)系的靜特性曲線，如圖7所示，說(shuō)明該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)較合理。