單片機怎么控制步進電機PMW的驅動與放大？資料下載

單片機實現的步進電機控制系統(tǒng)具有成本低、使用靈活的特點，廣泛應用于數控機床、機器人，定量進給、工業(yè)自動控制以及各種可控的有定位要求的機械工具等應用領域。步進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，根據上述線性關系，再加上步進電機只有周期性誤差而無累積誤差，因此步進電機適用于單片機控制。步進電機通過輸入脈沖信號進行控制，即電機的總轉動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。步進電機的驅動電路是根據單片機產生的控制信號進行工作。因此，單片機通過向步進電機驅動電路發(fā)送控制信號就能實現對步進電機的控制。 1 系統(tǒng)設計原理 步進電機控制系統(tǒng)主要由單片機、鍵盤LED、驅動／放大和PC上位機等4個模塊組成，其中PC機模塊是軟件控制部分，該控制系統(tǒng)可實現的功能： 1)通過鍵盤啟動／暫停步進電機、設置步進電機的轉速和改變步進電機的轉向； 2)通過LED管顯示步進的轉速和轉向等工作狀態(tài)； 3)實現三相或四相步進電機的控制； 4)通過PC上位機實現對步進電機的控制(啟停、轉速和轉向等)。為保護單片機控制系統(tǒng)硬件電路，在單片機和步進電機之間增加過流保護電路。圖l為步進電機控制系統(tǒng)框圖。 2 系統(tǒng)硬件電路設計 2.1 ???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滿足控制系統(tǒng)的存儲要求，P1和P2端口在步進電機工作過程中根據按鍵狀態(tài)判斷是否跳入中斷服務程序來改變步進電機的工作狀態(tài)，USART模塊實現單片機和PC上位機之間的通信，實現PC機對步進電機控制。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、晶振電路和驅動和功率放大電路供電。32 ?kHz晶振給單片機、鍵盤／顯示接口器件8279和脈沖分配器PMM8713提供時鐘；當采用USART模塊時需開啟8MHz晶振設置通信模塊。圖2為單片機模塊結構框圖。 2.2 鍵盤／LED模塊 為實現人機對話，該系統(tǒng)設計擴展了3x4按鈕矩陣鍵盤和4片8段LED數碼管，可手動直接操作該控制系統(tǒng)。系統(tǒng)上電后，通過鍵盤輸入步進電機的啟停、步數轉速和轉向等，由LED管動態(tài)顯示步進電機的轉速和轉向。鍵盤的輸入和LED管的輸出由8279進行控制，減少單片機工作負擔。8279編程工作在鍵盤掃描輸入方式，讀入鍵盤時具有去抖動功能，避免誤觸發(fā)。圖3為鍵盤LED模塊設計結構框圖。 2.3 驅動／放大模塊 控制系統(tǒng)采用步進電機控制用的脈沖分配器(又稱邏輯轉換器)PMM8713，該器件是CMOS集成電路，相輸出驅動能力(源電流或吸入電源)為20 ?mA，適用于控制三相或四相步進電機，可選擇下列6種激勵方式：三相步進電進：1相，2相，1-2相；四相步進電進：1相，2相，1-2相。輸入方式可選擇單時鐘(加方向信號)和雙時鐘(正轉或反轉時鐘)兩種方式，具有正反轉控制、初始化復位、原點監(jiān)視、激勵方式監(jiān)視和輸入脈沖監(jiān)視等功能。器件PMM8713由時鐘選通、激勵方式控制、激勵方式判斷和可逆環(huán)形計數器等部分構成，所有輸入端內都設有施密特電路，可提高抗干擾能力。PMM8713輸出需接功率驅動電路，選用功率驅動器PMM2101，最大輸出電流為1．4 ?A，滿足驅動步進電機的要求。驅動／放大電路如圖4所示。MSP430單片機通過調節(jié)PMM8713的端口1～4輸入脈沖信號控制步進電機的啟停、速度和轉向等。 3 系統(tǒng)軟件設計 3.1 單片機程序 利用單片機的定時器TIMER_A(TA)中斷產生脈沖信號，通過在響應的中斷程序中實現步進電機步數和圈數的準確計數，通過PWM實現轉速控制；利用P1．0端口的中斷關閉TA中斷程序，并推入堆棧，停止電機；P1．1中斷則開啟TA中斷，堆棧推入程序計數器(PC)，開啟電機；P3．1端口輸出高電平由PMM8713的U／D端口控制電機的轉向；P3．0～P3．7端口接8279的8個數據接口，當單片機掃描到矩陣鍵盤有鍵按下時，利用P2端口的中斷設置TA，控制啟停、調速和轉向等，同時單片機反饋給8279控制LED管顯示轉速和轉向。其程序流程如圖5所示。 3.2 PC上位機模塊 PC上位機模塊實現PC機對步進電機的控制。利用MSP430單片機的USART模塊實現與PC上位機的通信，PC機通過串口向單片機發(fā)送控制命令，實現電機控制。單片機所接收到控制命令暫存在RXBUFFER中，然后與存儲在片內Flash的中斷程序的入口地址相比較，相同就進入中斷，實現步進電機的控制。操作該模塊時需要開啟8 MHz晶振為USART模塊設置波特率(設置波特率為9 ?600)。控制軟件由VB6．0編寫，利用MSComm控件實現串行通訊功能。其控制軟件界面如圖6所示。 4 系統(tǒng)檢測