基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)具有成本低、使用靈活的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人，定量進(jìn)給、工業(yè)自動控制以及各種可控的有定位要求的機(jī)械工具等應(yīng)用領(lǐng)域。步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，將脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，非超載狀態(tài)下，根據(jù)上述線性關(guān)系，再加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性誤差而無累積誤差，因此步進(jìn)電機(jī)適用于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)通過輸入脈沖信號進(jìn)行控制，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖總數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路是根據(jù)單片機(jī)產(chǎn)生的控制信號進(jìn)行工作。因此，單片機(jī)通過向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路發(fā)送控制信號就能實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制。

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LED、驅(qū)動／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，該控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能：1)通過鍵盤啟動／暫停步進(jìn)電機(jī)、設(shè)置步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向；2)通過LED管顯示步進(jìn)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向等工作狀態(tài)；3)實(shí)現(xiàn)三相或四相步進(jìn)電機(jī)的控制：4)通過PC上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制(啟停、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向等)。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8 KB RAM和116 KB Flash滿足控制系統(tǒng)的存儲要求，P1和P2端口在步進(jìn)電機(jī)工作過程中根據(jù)按鍵狀態(tài)判斷是否跳入中斷服務(wù)程序來改變步進(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)對步進(jìn)電機(jī)控制。電源管理電路提供穩(wěn)定的3．3 V和5 V電壓，分別給單片機(jī)、晶振電路和驅(qū)動和功率放大電路供電。32 kHz晶振給單片機(jī)、鍵盤／顯示接口器件8279和脈沖分配器PMM8713提供時(shí)鐘；當(dāng)采用USART模塊時(shí)需開啟8MHz晶振設(shè)置通信模塊。圖2為單片機(jī)模塊結(jié)構(gòu)框圖。