基于嵌入式單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分析

陳曉紅

摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)作為步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的中心部分，完成步進(jìn)電機(jī)的硬件電路設(shè)計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)智能化控制，進(jìn)一步提高電機(jī)控制的工作效率。本文主要就對(duì)嵌入式單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和研究，以期為界內(nèi)相關(guān)人士提供相關(guān)的參考資料，為提高步進(jìn)電機(jī)的工作效率奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：嵌入式單片機(jī)；步進(jìn)電機(jī)控制；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 前言

單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)具有價(jià)格便宜、使用活泛等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用在各大機(jī)械設(shè)備中。步進(jìn)電機(jī)是一種智能化控制的一種器械設(shè)備，其可以利用脈沖信號(hào)的不斷轉(zhuǎn)變，實(shí)行步進(jìn)機(jī)的有效控制。

2 單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)設(shè)計(jì)

MSP430FG4618單片機(jī)、電源、晶振等是組成單片機(jī)的主要部分，其中，MSP430FG4618單片機(jī)的控制主要有其內(nèi)部的8KBRAM和116KBFlash來(lái)實(shí)現(xiàn)，P1和P2端口則通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的工作過(guò)程中的按鈕狀態(tài)，正確判斷其是否能夠轉(zhuǎn)化服務(wù)程序，改變工作狀態(tài)；而USART模塊則是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和PC機(jī)工作間的通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其對(duì)步進(jìn)機(jī)的數(shù)字化控制；電源管理模塊則給步進(jìn)機(jī)工作提供穩(wěn)定的電壓，并給與其他組成部件提供工作電路以及電流；32kHz晶振則給單片機(jī)以及相關(guān)的分配器提供時(shí)間，當(dāng)啟動(dòng)USART時(shí)，則啟用晶振，對(duì)其進(jìn)行時(shí)間設(shè)置。

2.2 LED和鍵盤設(shè)計(jì)

為了能夠?qū)崿F(xiàn)人與機(jī)器的對(duì)話，單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了3*4鍵盤以及4*8LED數(shù)碼管，人們可以直接對(duì)其進(jìn)行控制。該系統(tǒng)通電后，通過(guò)鍵盤輸入控制步進(jìn)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)、啟動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)方向等，由LED管動(dòng)態(tài)清晰顯示步進(jìn)機(jī)的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)速。器件8279能夠控制系統(tǒng)鍵盤的輸入以及LED的輸出，進(jìn)而減少單片機(jī)工作的承載，8279在控制系統(tǒng)工作的過(guò)程中，將鍵盤輸入的信息進(jìn)行掃描，利用其抖功能，避免事故的發(fā)生。（下圖為L(zhǎng)ED和鍵盤模塊）

2.3 放大和驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

邏輯轉(zhuǎn)換器是步進(jìn)機(jī)控制過(guò)程中的脈沖分配器，其是CMOS集成電路，其輸出的源電流為20毫安，能夠應(yīng)用于三相以及四相步進(jìn)機(jī)，其工作可以選擇以下6種激進(jìn)方式進(jìn)行控制；其中，對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)有1、2、1-2相；對(duì)于四相步進(jìn)電機(jī)有1、2、1-2相，其輸入的方式有單、雙時(shí)鐘選擇方式，其具有正向控制、方向控制、監(jiān)視原點(diǎn)、初始化原位等功能。PMM8713器件主要由激勵(lì)方式判斷、控制以及時(shí)鐘設(shè)置等部分組成，所有的輸入端都設(shè)置有秘制的電路，進(jìn)而提高抗外界干擾的能力。PMM8713輸出能夠接受功率驅(qū)動(dòng)電路，其通過(guò)驅(qū)動(dòng)器，輸出最大的工作電流，以滿足電機(jī)工作的需求。單片機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)端口的脈沖信號(hào)，控制步進(jìn)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)轉(zhuǎn)方向以及運(yùn)轉(zhuǎn)速度等。

3 單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)

通過(guò)中斷脈沖信號(hào)，計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)步數(shù)以及圈數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行記錄；實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速速的控制；采用端口的中斷程序關(guān)閉其相關(guān)程序，將電機(jī)控制在停機(jī)狀態(tài)；通過(guò)中斷電機(jī)的開啟部位，將其轉(zhuǎn)換到運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)行；PMM8713的U和D端口通過(guò)輸出高電平，達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向的目的；8279將其接口與自身的8個(gè)數(shù)據(jù)連接口進(jìn)行連接，當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行到鍵盤部位時(shí)，采用相關(guān)端口中斷其工作狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到控制步進(jìn)機(jī)的啟動(dòng)、停止、速度以及方向等，并將其反饋給8279，利用LED將其顯示，明確其運(yùn)轉(zhuǎn)的速度以及方向。

3.2 PC上位機(jī)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)PC上位機(jī)的主要目的就是控制步進(jìn)電機(jī)，利用單片機(jī)中相關(guān)部位，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)的對(duì)話，其利用單片機(jī)發(fā)出執(zhí)行命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的有效控制。其中，單片機(jī)接受的執(zhí)行命令會(huì)存儲(chǔ)在相關(guān)軟件中，其與儲(chǔ)存在片內(nèi)的Flash的相關(guān)地址進(jìn)行比較，不沖突的信息就儲(chǔ)存在其中，如與其中儲(chǔ)存的信息發(fā)生沖突，就會(huì)自動(dòng)中斷，有效的保護(hù)電機(jī)的正常運(yùn)行。同時(shí)，此軟件在運(yùn)行的過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)晶振中的USART模塊進(jìn)行設(shè)置，其相關(guān)的控制軟件由VB6.0對(duì)其進(jìn)行編寫，采用MSComm軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通訊。

4 結(jié)語(yǔ)

電機(jī)控制系統(tǒng)利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制整個(gè)機(jī)器的工作，其使用的可靠性較高。在其工作的狀態(tài)下，為其提供較為便捷的控制方案。通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向。云狀速度以及工作狀態(tài)等，提高步進(jìn)電機(jī)的工作效率具有非常重要的作用。同時(shí)，該系統(tǒng)還能夠控制三相電機(jī)和四相電機(jī)，其有PC上位機(jī)對(duì)整個(gè)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行控制，使該系統(tǒng)在環(huán)境惡劣的情況下運(yùn)行，確保人員的安全狀態(tài)；此外，該系統(tǒng)還具有使用范圍廣、操作簡(jiǎn)單、成本低廉、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，被廣泛的應(yīng)用在實(shí)際生活的各大領(lǐng)域中，并能夠發(fā)揮其獨(dú)特地作用，進(jìn)而提高步進(jìn)電機(jī)的工作效率，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

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