基于單片機的步進電機控制系統設計

單片機實現的步進電機控制系統具有成本低、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送控制信號就能實現對步進電機的控制。

1 系統設計原理
步進電機控制系統主要由單片機、鍵盤LED、驅動／放大和PC上位機等4個模塊組成，其中PC機模塊是軟件控制部分，該控制系統可實現的功能：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框圖。

2 系統硬件電路設計
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滿足控制系統的存儲要求，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機對步進電機控制。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。