用MSP430F149單片機實(shí)現步進(jìn)電機通用控制器

1.前言
基于步進(jìn)電機的控制系統，除了步進(jìn)電機一般還需要專(zhuān)門(mén)的驅動(dòng)電源，驅動(dòng)電源僅僅完成功率驅動(dòng)部分，用戶(hù)并不能使整個(gè)控制系統按預定的、期望的工作狀態(tài)運行，必須對它的驅動(dòng)電源予以控制，用戶(hù)需要再次開(kāi)發(fā)。

鑒于此，設計了基于MSP430F149單片機實(shí)現的步進(jìn)電機通用控制器，可以滿(mǎn)足大多數控制場(chǎng)合下的要求?？刂破鞯闹饕δ転椋?

① 可控制多套步進(jìn)電機驅動(dòng)系統；目前可同時(shí)控制3套系統。

② 工作方式靈活，可按設定的曲線(xiàn)運行，曲線(xiàn)最多達8段；可按外部檢測到的控制信號運行；可按模擬調節測試功能運行；

2．系統的設計

2.1系統的結構
本控制器主要實(shí)現了多臺步進(jìn)電機在多段曲線(xiàn)上的運行控制。系統結構如圖1所示。

2．2微處理器的選擇
本設計選用了TI公司所生產(chǎn)的MSP系列單片機MSP430F149。目的是應用其豐富的接口資源和強大的定時(shí)器功能，MSP430F149的性能特點(diǎn)如下：

①6個(gè)八位并行接口；完全可以實(shí)現該系統所有信號的輸入、輸出，無(wú)須硬件擴展，其中P1、P2八位并行端口的每根口線(xiàn)都具有中斷功能，使鍵盤(pán)的軟、硬件設計變的非常簡(jiǎn)單。

②12位A/D轉換器ADC；完成模擬設定功能。

③強大的定時(shí)器功能；TIMER-A3、TIMER-B7分別為帶有3個(gè)和7個(gè)捕捉/比較寄存器的16位定時(shí)器，可以滿(mǎn)足系統速度的設定及曲線(xiàn)定時(shí)的要求。

④液晶驅動(dòng)模塊；

⑤內置2KB RAM、60KB的FLASH；

MSP430F149所提供的豐富資源，外圍硬件擴展只需做很少的工作，不僅設計變得非常簡(jiǎn)單，而且該控制器體積小、可靠性高。

2．3步進(jìn)電機起動(dòng)及加/減速控制方案
步進(jìn)電動(dòng)機的最高起動(dòng)頻率（突跳頻率）一般為0.1KHz到3-4KHz，而最高運行頻率則可以達到N*102 KHz。以超過(guò)最高起動(dòng)頻率的頻率直接起動(dòng)，將出現"失步"現象，甚至無(wú)法起動(dòng)。較為理想的起動(dòng)曲線(xiàn)，應是按指數規律起動(dòng)。但實(shí)際應用對起動(dòng)段的處理可采用按直線(xiàn)擬合的方法，即"階梯升速法"?？砂磧煞N情況處理，①已知突跳頻率則按突跳頻率分段起動(dòng)，分段數n=f/fq。②未知突跳頻率，則按段擬合至給定的起動(dòng)頻率，每段頻率的遞增量（后稱(chēng)階梯頻率）△f=f/8,即采用8段擬合。在運行控制過(guò)程中，將起始的速度（頻率）分為n分作為階梯頻率，采用"階梯升速法"將速度連續升到所需要的速度，然后鎖定，按預置的曲線(xiàn)運行。如圖2所示。

用單片機實(shí)現步進(jìn)電機的加/減速控制，實(shí)際上就是控制發(fā)脈沖的頻率，升速時(shí)，使脈沖頻率增高，減速時(shí)相反。如果使用定時(shí)中斷來(lái)控制電機的速度，加減速控制就是不斷改變定時(shí)器的初值。速度從V1→V2如果是線(xiàn)性增加，則按給定的斜率升/降速；如果是突變，則按"階梯升速法"處理。在此過(guò)程中要處理好兩個(gè)問(wèn)題：

①速度轉換時(shí)間應盡量短；為了縮短速度轉換的時(shí)間，可以采用建立數據表的方法。，結合各曲線(xiàn)段的頻率和各段間的階梯頻率便可以建立一個(gè)連續的數據表，并通過(guò)轉換程序將其轉換為定時(shí)初值表。通過(guò)在不同的階段調用相應的定時(shí)初值，控制電機的運行。定時(shí)初值的計算是在定時(shí)中斷外實(shí)現的，并不占用中斷時(shí)間，保證電機的高速運行。