1 系統(tǒng)設(shè)計原理

步進(jìn)電機控制系統(tǒng)主要由單片機、鍵盤LED、驅(qū)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。為保護(hù)單片機控制系統(tǒng)硬件電路，在單片機和步進(jìn)電機之間增加過流保護(hù)電路。圖l為步進(jìn)電機控制系統(tǒng)框圖。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)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(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)電機的工作狀態(tài)，USART模塊實現(xiàn)單片機和PC上位機之間的通信，實現(xiàn)PC機對步進(jìn)電機控制。

2．2 鍵盤／LED模塊

為實現(xiàn)人機對話，該系統(tǒng)設(shè)計擴展了3x4按鈕矩陣鍵盤和4片8段LED數(shù)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(jìn)電機的啟停、步數(shù)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向等，由LED管動態(tài)顯示步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。鍵盤的輸入和LED管的輸出由8279進(jìn)行控制，減少單片機工作負(fù)擔(dān)。

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(shè)計結(jié)構(gòu)框圖。

2．3 驅(qū)動／放大模塊

控制系統(tǒng)采用步進(jìn)電機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(jìn)電機，可選擇下列6種激勵方式：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鐘(加方向信號)和雙時鐘(正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時鐘)兩種方式，具有正反轉(zhuǎn)控制、初始化復(fù)位、原點監(jiān)視、激勵方式監(jiān)視和輸入脈沖監(jiān)視等功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3．1 單片機程序

利用單片機的定時器TIMER_A(TA)中斷產(chǎn)生脈沖信號，通過在響應(yīng)的中斷程序中實現(xiàn)步進(jìn)電機步數(shù)和圈數(shù)的準(zhǔn)確計數(shù)，通過PWM實現(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；P1．1中斷則開啟TA中斷，堆棧推入程序計數(shù)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(zhuǎn)向；P3．0～P3．7端口接8279的8個數(shù)據(jù)接口，當(dāng)單片機掃描到矩陣鍵盤有鍵按下時，利用P2端口的中斷設(shè)置TA，控制啟停、調(diào)速和轉(zhuǎn)向等，同時單片機反饋給8279控制LED管顯示轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。其程序流程如圖5所示。

3．2 PC上位機模塊

PC上位機模塊實現(xiàn)PC機對步進(jìn)電機的控制。利用MSP430單片機的USART模塊實現(xiàn)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(xiàn)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(nèi)Flash的中斷程序的入口地址相比較，相同就進(jìn)入中斷，實現(xiàn)步進(jìn)電機的控制。操作該模塊時需要開啟8 MHz晶振為USART模塊設(shè)置波特率(設(shè)置波特率為9  600)。

控制軟件由VB6．0編寫，利用MSComm控件實現(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

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