基于單片機的步進(jìn)電機控制系統設計

單片機實(shí)現的步進(jìn)電機控制系統具有成本低、使用靈活的特點(diǎn)，廣泛應用于數控機床、機器人，定量進(jìn)給、工業(yè)自動(dòng)控制以及各種可控的有定位要求的機械工具等應用領(lǐng)域。步進(jìn)電機是數字控制電機，將脈沖信號轉換成角位移，電機的轉速、停止的位置取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，非超載狀態(tài)下，根據上述線(xiàn)性關(guān)系，再加上步進(jìn)電機只有周期性誤差而無(wú)累積誤差，因此步進(jìn)電機適用于單片機控制。步進(jìn)電機通過(guò)輸入脈沖信號進(jìn)行控制，即電機的總轉動(dòng)角度由輸入脈沖總數決定，而電機的轉速由脈沖信號頻率決定。步進(jìn)電機的驅動(dòng)電路是根據單片機產(chǎn)生的控制信號進(jìn)行工作。因此，單片機通過(guò)向步進(jìn)電機驅動(dòng)電路發(fā)送控制信號就能實(shí)現對步進(jìn)電機的控制。

1 系統設計原理
步進(jìn)電機控制系統主要由單片機、鍵盤(pán)LED、驅動(dòng)／放大和PC上位機等4個(gè)模塊組成，其中PC機模塊是軟件控制部分，該控制系統可實(shí)現的功能：1)通過(guò)鍵盤(pán)啟動(dòng)／暫停步進(jìn)電機、設置步進(jìn)電機的轉速和改變步進(jìn)電機的轉向；2)通過(guò)LED管顯示步進(jìn)的轉速和轉向等工作狀態(tài)；3)實(shí)現三相或四相步進(jìn)電機的控制：4)通過(guò)PC上位機實(shí)現對步進(jìn)電機的控制(啟停、轉速和轉向等)。為保護單片機控制系統硬件電路，在單片機和步進(jìn)電機之間增加過(guò)流保護電路。圖l為步進(jìn)電機控制系統框圖。

2 系統硬件電路設計
2．1 單片機模塊
單片機模塊主要由MSP430FG4618單片機及外圍濾波、電源管理和晶振等電路組成。MSP430FG4618單片機內部的8 KB RAM和116 KB Flash滿(mǎn)足控制系統的存儲要求，P1和P2端口在步進(jìn)電機工作過(guò)程中根據按鍵狀態(tài)判斷是否跳入中斷服務(wù)程序來(lái)改變步進(jìn)電機的工作狀態(tài)，USART模塊實(shí)現單片機和PC上位機之間的通信，實(shí)現PC機對步進(jìn)電機控制。電源管理電路提供穩定的3．3 V和5 V電壓，分別給單片機、晶振電路和驅動(dòng)和功率放大電路供電。32 kHz晶振給單片機、鍵盤(pán)／顯示接口器件8279和脈沖分配器PMM8713提供時(shí)鐘；當采用USART模塊時(shí)需開(kāi)啟8MHz晶振設置通信模塊。圖2為單片機模塊結構框圖。