步進電機是數字控製電機

，將脈衝信號轉換成角位移，電機的轉速
、停(ting)止(zhi)的(de)位(wei)置(zhi)取(qu)決(jue)於(yu)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)率(lv)和(he)脈(mai)衝(chong)數(shu)
，而(er)不(bu)受(shou)負(fu)載(zai)變(bian)化(hua)的(de)影(ying)響(xiang)
，非(fei)超(chao)載(zai)狀(zhuang)態(tai)下(xia)，根(gen)據(ju)上(shang)述(shu)線(xian)性(xing)關(guan)係(xi)

，再(zai)加(jia)上(shang)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)隻(zhi)有(you)周(zhou)期(qi)性(xing)誤(wu)差(cha)而(er)無(wu)累(lei)積(ji)誤(wu)差(cha)，因(yin)此(ci)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)適(shi)用(yong)於(yu)單(dan)片(pian)機(ji)控(kong)製(zhi)。步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)通(tong)過(guo)輸(shu)入(ru)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)，即(ji)電(dian)機(ji)的(de)總(zong)轉(zhuan)動(dong)角(jiao)度(du)由(you)輸(shu)入(ru)脈(mai)衝(chong)總(zong)數(shu)決(jue)定(ding)
，而(er)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)由(you)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)頻(pin)率(lv)決(jue)定(ding)。步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)的(de)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)是(shi)根(gen)據(ju)單(dan)片(pian)機(ji)產(chan)生(sheng)的(de)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)工(gong)作(zuo)。因(yin)此(ci)
，單(dan)片(pian)機(ji)通(tong)過(guo)向(xiang)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)發(fa)送(song)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)就(jiu)能(neng)實(shi)現(xian)對(dui)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)的(de)控(kong)製(zhi)。

1 係統設計原理

步進電機控製係統主要由單片機、鍵盤LED、驅動／放大和PC上位機等4個模塊組成
，其中PC機模塊是軟件控製部分，該控製係統可實現的功能：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；3)實現三相或四相步進電機的控製：4)通過PC上位機實現對步進電機的控製(啟停、轉速和轉向等)。為保護單片機控製係統硬件電路
，在單片機和步進電機之間增加過流保護電路。圖l為步進電機控製係統框圖。

2 係統硬件電路設計

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滿足控製係統的存儲要求，P1和P2端口在步進電機工作過程中根據按鍵狀態判斷是否跳入中斷服務程序來改變步進電機的工作狀態
，USART模塊實現單片機和PC上位機之間的通信
，實現PC機對步進電機控製。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和脈衝分配器PMM8713提供時鍾；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。

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2.2 鍵盤／LED模塊

為實現人機對話，該係統設計擴展了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製係統。係統上電後
，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進行控製
，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。圖3為鍵盤LED模塊設計結構框圖。

2.3 驅動／放大模塊

控製係統采用步進電機控製用的脈衝分配器(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，適用於控製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鍾(加方向信號)和雙時鍾(正轉或反轉時鍾)兩種方式
，具有正反轉控製、初始化複位、原點監視、激勵方式監視和輸入脈衝監視等功能。器件PMM8713由時鍾選通、激勵方式控製

、激勵方式判斷和可逆環形計數器等部分構成，所有輸入端內都設有施密特電路，可提高抗幹擾能力。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PMM8713的端口1～4輸入脈衝信號控製步進電機的啟停
、速度和轉向等。

3 係統軟件設計

3.1 單片機程序

利用單片機的定時器TIMER_A(TA)中斷產生脈衝信號，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實現轉速控製
；利用P1．0端口的中斷關閉TA中斷程序
，並推入堆棧，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端口控製電機的轉向；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，控製啟停、調速和轉向等，同時單片機反饋給8279控製LED管顯示轉速和轉向。其程序流程如圖5所示。

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3.2 PC上位機模塊

PC上位機模塊實現PC機對步進電機的控製。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送控製命令，實現電機控製。單片機所接收到控製命令暫存在RXBUFFER中，然後與存儲在片內Flash的中斷程序的入口地址相比較，相同就進入中斷
，實現步進電機的控製。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)。控製軟件由VB6．0編寫，利用MSComm控件實現串行通訊功能。其控製軟件界麵如圖6所示。

4 係統檢測

為檢驗該控製係統的實際工作情況，在給定PMM2101輸出工作電流的狀態下采用能量轉化法測得步進電機輸出的最大靜轉矩。選取輸出電流間隔0．2 A，測到步進電機最大靜轉矩與電流之間關係的靜特性曲線，如圖7所示，說明該控製係統設計較合理。

結語

該係統通過MSP430單片機控製步進電機運轉情況
，可靠性高，在電機運行時能夠方便設定步進電機的啟／停
、轉速和方向，提高步進電機的步進精度；能夠控製三相或四相步進電機；由PC上(shang)位(wei)機(ji)完(wan)全(quan)控(kong)製(zhi)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)的(de)各(ge)種(zhong)運(yun)行(xing)方(fang)式(shi)，使(shi)係(xi)統(tong)能(neng)夠(gou)應(ying)用(yong)於(yu)惡(e)劣(lie)環(huan)境(jing)中(zhong)，保(bao)證(zheng)人(ren)員(yuan)安(an)全(quan)
，適(shi)用(yong)範(fan)圍(wei)較(jiao)廣(guang)，且(qie)電(dian)路(lu)簡(jian)單(dan)
，成(cheng)本(ben)較(jiao)低(di)，控(kong)製(zhi)方(fang)便(bian)，移(yi)植(zhi)性(xing)強(qiang)，實(shi)用(yong)價(jia)值(zhi)高(gao)。

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