msp430控制步进电机实验报告

计算机硬件应用课程设计 1 一、实验内容及要求 题目：步进电机控制设计 使用单片机为核心，设计一个步进电机控制器。 基本要求：使用单片机为控制核心，编写程序并设计硬件结构，实现对步进电机 的控制。步进电机按固定方向连续转动。对电机的运行方向进行控制，如：要求按下 A 键时，能够控制步进电机正转；按下 B 键时，能够控制步进电机反转。 提高要求(选作) ：用 LED 数码管显示步进电机的转动状态；增加启动、停止控制按键。 2、小组成员 3、实验软硬件环境简介 硬件环境：MSP430G2553 单片机一块，五线四相步进电机一个，驱动芯片 ULN2003 一 块，开关三个，下载线一根。 软件设计：仿真软件 PROTEUS 8.0 Professional；代码编写软件 IAR；WINDOWS 操作 系统。 4、设计方案分析 步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电设备，它实际上是 一种单相或多相同步的步进电机。单相步进电机由单路电脉冲驱动，输出功率一般很 小，故需要加一个驱动电路。当向脉冲分配器输入一个脉冲时，电动机各相的通电状 态就会发生改变，转子会转过一定的角度（称为步距角）。正常情况下，步进电机转 过的总角度和输入法的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与 输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。 步进电机的不同驱动方式，都是在工作时，脉冲信号按一定顺序轮流加到三相绕组 上，从而实现不同的工作状态。步进电机有三线式、五线式、六线式三种，但其控制 方式均相同，都必须以脉冲电流来驱动。若每转一圈以 20 个励磁信号来计算，则每 个励磁信号前进 18，其旋转角度与脉冲数成正比，正反转可以由脉冲顺序来控制。 步进电机的励磁方式可分为全部励磁及半步励磁，其中全部励磁又有 1 相励磁及 2 相励磁之分，而半步励磁又称为 1-2 相励磁。 2 1 相励磁法：在每一瞬间只有一个线圈导通。消耗电力小，精确度良好，但转矩小， 振动较大，每一励磁信号可走 18。若以 1 相励磁法控制步进电机正转，其励磁顺序 表如下。若以励磁信号反响传送，则步进电机反转。本实验中采用这个方法。 2 相励磁法：在每一瞬间会有 2 个线圈同时导通。因其扭矩大，振动小，故为目前使 用最多的励磁方式，每送一个励磁信号可走 18，若以两相励磁法控制步进电机正转， 其励磁顺序如下表。若以励磁信号反向传送，则步进电机反转。 1-2 相励磁法：为 1-2 相交替导通。因分辨率提高，且运转平顺，每送一励磁信号可 走 9，故也被广泛采用。若以 1 相励磁法控制步进电机正转，其励磁顺序见表，若 以励磁信号反向传送，则步进电机反转。 步进电机的负载转矩与速度成反比，速度越快负载转矩越小，但速度快至极限时，步 进电机将不再运转。所以每走一步后，程序必须延时一段时间。 五、系统硬件结构 1、硬件设计思路及芯片选择 5.1.1 单片机系统 3 P1.0-P1.3 作为输出端口，控制步进电机的励磁信号，进而控制步进电机的运行状态。 P2.0-P2.2 作为输入端口，连接开关，决定开关的闭合状态。 5.1.2 开关设计 本实验中采用三个开关，分别控制电机的正转、反转、加速。其连接图如下所示： 在开关未闭合的时候，连接电阻与电源，输出为高电平；在开关闭合的时候，连接 GND,输出为地。 4 5.1.3 驱动电路 单相步进电机由单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，故需要加一个驱动电路。本实 验中采用驱动芯片 ULN2003A(达林顿驱动芯片)，与 P1.0-P1.3 相接。ULN 是集成达林 顿管 IC，内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。它是双列 16 脚封装,NPN 晶体管矩阵,最大驱动电压=50V,电流=500mA,输入电压=5V,适用于在使 用 TTL COMS,由达林顿管组成驱动电路。它的输出端允许通过电流为 200mA，饱和压 降 VCE 约 1V 左右，耐压 BVCEO 约为 36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估 算。采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱动继电器或固体继电器，也可直 接驱动低压灯泡。通常单片机驱动 ULN2003 时，上拉 2K 的电阻较为合适，同时，COM 引脚应该悬空或接电源。ULN2003 是一个非门电路，包含 7 个单元，但独每个单元驱 动电流最大可达 350mA.资料的最后有引用电路，9 脚可以悬空。ULN2003 是大电流驱 动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。可直接驱动继 电器等负载。输入 5VTTL 电平，输出可达 500mA/50V。ULN2003 是高耐压、大电流达 林顿陈列,由七个硅 NPN 达林顿管组成。该电路的特点如下: ULN2003 的每一对达林顿 都串联一个 2.7K 的基极电阻,在 5V 的工作电压下它能与 TTL 和 CMOS 电路直接相连, 可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器。ULN2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系 列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各 类要求高速大功率驱动的系统。 ULN2003A 引脚如下： 5 5.2 系统框图 6、软件系统说明 1.软件设计思路 由单片机的 P1.0-P1.3 端口来控制小型步进电机，步进每步为 18。直接采用 ULN2003 驱动电路。该电路使用两相步进电机，采用 1 相激磁法，正转的激磁信号时 序为 0FEH,0FDH,0FBH,0F7H。循环 5 次为 20 步，该步进电机每步为 18，20 步为一 圈。 MSP430G2553 芯片 驱动器及步进电机部分 开关控制部分 6 反转的激磁信号时序为 0F7H,0FBH,0FDH,0FEH。当闭合加速开关时，通过变量的值来 控制不同的延时时间，来达到调节转速的功能。 2.流程图 是 否 是 否 是 否 3.各个模块说明 6.3.1 延时函数 void delayus(uint t) uint i; while(t-) for(i=1300;i0;i-); 延时参数为 t，不同的 t 对应不同的延时时间，达到改变速度的目的。 6.3.2 正转主程序 if(P2IN delayus(100); P1OUT=0XFD; delayus(100); P1OUT=0XFB; delayus(100); P1OUT=0XF7; delayus(100); 6.3.3 反转主程序 开始 正转？ 加速？ 加速？ 正转，缩短 延时时间 正转 反转，缩短 延时时间 反转 7 if(P2IN delayus(100); P1OUT=0XFB; delayus(100); P1OUT=0XFD; delayus(100); P1OUT=0XFE; delayus(100); 6.3.4 正转的加速主程序 if(P2IN delayus(m-); P1OUT=0XFD; delayus(m-); P1OUT=0XFB; delayus(m-); P1OUT=0XF7; delayus(m-); if(m #define uchar unsigned char #define uint unsigned int /*延迟函数*/ void delayus(uint t) uint i; while(t-) for(i=1300;i0;i-); /*主函数*/ void main(void) WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; P1DIR=0xFF; P1SEL=0X00; P1OUT=0XFF; int m=80; while(1) if(P2IN delayus(100); P1OUT=0XFD; delayus(100); P1OUT=0XFB; delayus(100); P1OUT=0XF7; delayus(100); 9 else if(P2IN delayus(100); P1OUT=0XFB; delayus(100); P1OUT=0XFD; delayus(100); P1OUT=0XFE; delayus(100); else if(P2IN delayus(m-); P1OUT=0XFD; delayus(m-); P1OUT=0XFB; delayus(m-); P1OUT=0XF7; delayus(m-); if(m4) m=80; else if(P2IN delayus(m-); P1OUT=0X