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bsport体育:MSP430单片机对步进电机的驱动控制设计

来源:bsport体育注册 作者:bsport体育登录|发布时间:2024-12-23 11:50:08


  单片机实现的步进电机控制系统具有成本低、使用灵活的特点,广泛应用于数控机床、机器人,定量进给、工业自动控制以及各种可控的有定位要求的机械工具等应用领域。步进电机是数字控制电机,将脉冲信号转换成角位移,电机的转速、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,非超载状态下,根据上述线性关系,再加上步进电机只有周期性误差而无累积误差,因此步进电机适用于单片机控制。步进电机通过输入脉冲信号进行控制,即电机的总转动角度由输入脉冲总数决定,而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路是根据单片机产生的控制信号进行工作。因此,单片机通过向步进电机驱动电路发送控制信号就能实现对步进电机的控制。

  步进电机控制系统主要由单片机、键盘LED、驱动/放大和PC上位机等4个模块组成,其中PC机模块是软件控制部分,该控制系统可实现的功能:1)通过键盘启动/暂停步进电机、设置步进电机的转速和改变步进电机的转向;2)通过LED管显示步进的转速和转向等工作状态;3)实现三相或四相步进电机的控制:4)通过PC上位机实现对步进电机的控制(启停、转速和转向等)。为保护单片机控制系统硬件电路,在单片机和步进电机之间增加过流保护电路。图l为步进电机控制系统框图。

  单片机模块主要由MSP430FG4618单片机及外围滤波、电源管理和晶振等电路组成。MSP430FG4618单片机内部的8 KBRAM和116 KB Flash满足控制系统的存储要求,P1和P2端口在步进电机工作过程中根据按键状态判断是否跳入中断服务程序来改变步进电机的工作状态,USART模块实现单片机和PC上位机之间的通信,实现PC机对步进电机控制。电源管理电路提供稳定的3.3 V和5 V电压,分别给单片机、晶振电路和驱动和功率放大电路供电。32 kHz晶振给单片机、键盘/显示接口器件8279和脉冲分配器PMM8713提供时钟;当采用USART模块时需开启8MHz晶振设置通信模块。图2为单片机模块结构框图。

  为实现人机对线段LED数码管,可手动直接操作该控制系统。系统上电后,通过键盘输入步进电机的启停、步数转速和转向等,由LED管动态显示步进电机的转速和转向。键盘的输入和LED管的输出由8279进行控制,减少单片机工作负担。8279编程工作在键盘扫描输入方式,读入键盘时具有去抖动功能,避免误触发。图3为键盘LED模块设计结构框图。

  控制系统采用步进电机控制用的脉冲分配器(又称逻辑转换器)PMM8713,该器件是CMOS集成电路,相输出驱动能力(源电流或吸入电源)为20 mA,适用于控制三相或四相步进电机,可选择下列6种激励方式:三相步进电进:1相,2相,1-2相;四相步进电进:1相,2相,1-2相。输入方式可选择单时钟(加方向信号)和双时钟(正转或反转时钟)两种方式,具有正反转控制、初始化复位、原点监视、激励方式监视和输入脉冲监视等功能。器件PMM8713由时钟选通、激励方式控制、激励方式判断和可逆环形计数器等部分构成,所有输入端内都设有施密特电路,可提高抗干扰能力。PMM8713输出需接功率驱动电路,选用功率驱动器PMM2101,最大输出电流为1.4 A,满足驱动步进电机的要求。驱动/放大电路如图4所示。MSP430单片机通过调节PMM8713的端口1~4输入脉冲信号控制步进电机的启停、速度和转向等。

  利用单片机的定时器TIMER_A(TA)中断产生脉冲信号,通过在响应的中断程序中实现步进电机步数和圈数的准确计数,通过PWM实现转速控制;利用P1.0端口的中断关闭TA中断程序,并推入堆栈,停止电机;P1.1中断则开启TA中断,堆栈推入程序计数器(PC),开启电机;P3.1端口输出高电平由PMM8713的U/D端口控制电机的转向;P3.0~P3.7端口接8279的8个数据接口,当单片机扫描到矩阵键盘有键按下时,利用P2端口的中断设置TA,控制启停、调速和转向等,同时单片机反馈给8279控制LED管显示转速和转向。其程序流程如图5所示。

  PC上位机模块实现PC机对步进电机的控制。利用MSP430单片机的USART模块实现与PC上位机的通信,PC机通过串口向单片机发送控制命令,实现电机控制。单片机所接收到控制命令暂存在RXBUFFER中,然后与存储在片内Flash的中断程序的入口地址相比较,相同就进入中断,实现步进电机的控制。操作该模块时需要开启8 MHz晶振为USART模块设置波特率(设置波特率为9 600)。控制软件由VB6.0编写,利用MSComm控件实现串行通讯功能。其控制软件界面如图6所示。

  为检验该控制系统的实际工作情况,在给定PMM2101输出工作电流的状态下采用能量转化法测得步进电机输出的最大静转矩。选取输出电流间隔0.2 A,测到步进电机最大静转矩与电流之间关系的静特性曲线所示,说明该控制系统设计较合理。

  该系统通过MSP430单片机控制步进电机运转情况,可靠性高,在电机运行时能够方便设定步进电机的启/停、转速和方向,提高步进电机的步进精度;能够控制三相或四相步进电机;由PC上位机完全控制步进电机的各种运行方式,使系统能够应用于恶劣环境中,保证人员安全,适用范围较广,且电路简单,成本较低,控制方便,移植性强,实用价值高。关键字:引用地址:MSP430单片机对步进电机的驱动控制设计

  MSP430系列单片机的迅速发展和应用范围的不断扩大,主要取决于以下的特点。 MSP430单片机的特点1. 强大的处理能力: MSP430系列单片机是一个16位的单 片机,采用了精简指令集(RISC)结构,具有丰富的寻址方式(7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址)、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令;大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算;还有高效的查表处理指令;有较高的处理速度,在8MHz晶体驱动下指令周期为125 ns。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。 MSP430单片机的特点2. 在运算速度方面,MSP430系列单片机能在8MHz晶体的驱动下,实现125ns的指令周期。16位的数据宽

  MSP430学习笔记之七:IO口中断 MSP430中断嵌套机制 (1) 430默认的是关闭中断嵌套的,除非你在一个中断程序中再次开总中断EINT。 (2) 当进入中断程序时,只要不在中断中再次开中断,总中断是关闭的,此时来中断不管是比当前中断的优先级高还是低都不执行。 (3)若在中断A中开了总中断,刚可以响应后来的中断B(不管B的优先级比A高还是低),B执行完现继续执行。注意:进入中断B生总中断同样也会关闭,如果B中断程序执行时需响应中断C,则此时也要开总中断,若不需响应中断,则不用开中断,B执行完后中跳出中断程序进入A程序时,总中断会自动打开。 (4)若在中断中开了总中断,后来的中断同时有多个,则会按优先级来执行

  很多人说C中不能精确控制延时时间,不能象汇编那样直观。其实不然,对延时函数深入了解一下就能设计出一个理想的框价出来。 一般的我们都用for(x=100;一x;){;} 此句等同与x=100;while(--x){;};或州x=0:x 100;x++){;)来写一个延时函数。 在这里要特别注意:X=100,并不表示只运行100个指令时间就跳出循环。 可以看看编译后的汇编: 从代码可以看出总的指令是是303个,其公式是8+3*(X—l)。注意其中循环 周期 是X一1是99个。 这里总结的是x为char类型的循环体,当x为int时候,其中受X值的影响较大。 建议设

  PICC编程实现延时函数及循环体优化 /

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  采用 /

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