基于单片机的步进电机控制系统设计

1、基于FPGA的步进电动机控制系统设计大比特导向单片机实现的步进电机控制系统具有广泛应用的成本和灵活功能，适用于数控机床、机器人、定量进料、具有工业自动控制和可控制位置要求的各种机械工具和其他应用领域.实施为单片机的步进电机控制系统，利用价格低廉、灵活的功能，广泛应用于数控机床、机器人、定量进料、具有工业自动控制和可控制位置要求的各种机械工具及其他应用领域。步进电动机是将脉冲信号转换为每个位移的数字控制电动机，电动机的速度、停止位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而在非过载状态下，根据上述线性关系，步进电动机只有周期性错误，没有累积错误，因此步进电动机适合于单片机控制。步进电机通过输入脉冲信号控制

2、。也就是说，电动机的总旋转角度由输入脉冲的总数确定，电动机的速度由脉冲信号频率确定。步进电机的驱动电路根据单片机产生的控制信号工作。因此，单片机可以向步进电动机驱动电路发送控制信号，从而控制步进电动机。1系统设计原理步进电机控制系统主要由四个模块组成：单片机、键盘LED、驱动器/放大和PC主机。其中PC模块是软件控制部分，是此控制系统中可能的功能。1)通过键盘启动/暂停步进电动机、设置步进电动机速度和更改步进电动机旋转；2)通过LED管显示步进的速度和转向等操作状态。3)实现三相或四相步进电动机控制：4)通过PC主机计算机控制步进电动机(例如启动停止、速度和转向等)。为了保护单片机控制系统硬件

3、电路，在单片机和步进电动机之间添加了过流保护电路。图l是步进电机控制系统的框图。2系统硬件电路设计2.1单片机模块微控制器模块主要由MSP430FG4618微控制器和环境过滤器、电源管理和晶体电路组成。MSP430FG4618单片机内部的8 KB RAM和116 KB Flash满足控制系统的存储要求，P1和P2端口确定是否跳进中断服务程序，以便在步进电动机运行时根据密钥状态更改步进电动机的运行状态，USART模块允许微机和PC主机之间的通信，以及控制PC的步进电动机。电源管理电路提供稳定的3.3 V和5 V电压，为单片机、晶体电路和驱动及功率放大器电路供电。为32 kHz晶体微控制器、键盘/

4、显示接口设备8279和脉冲分配器PMM8713提供时钟；使用USART模块时，请确保打开8MHz晶体设置通信模块。图2是单芯片模块框图。2.2键盘/LED模块为了进行人机对话，该系统设计扩展了3x4按钮矩阵键盘和4片8段LED数字管，该数字管允许手动操作此控制系统。系统通电后，通过键盘输入步进电动机启动停止、步进速度和转向等，LED管动态显示步进电动机的速度和旋转。键盘的输入和LED管的输出由8279控制，减轻了单片机的工作负担。8279编程任务在导入键盘时具有抖动功能，通过扫描键盘来防止意外触发。图3设计了键盘指示灯模块的框图。2.3驱动器/放大模块PMM8713是用于控制三相或四相步进电动

5、机的脉冲分配器(也称为逻辑转换器)，其CMOS集成电路、相位输出驱动器(源电流或吸气电源)为20 mA，适用于控制三相或四相步进电动机，可以选择以下六种激励之一：三相步进电：一相、二相、一-二相；四相阶梯电气：一相、二相、一-二相。输入方式包括单时钟和双时钟(正向或反向)，具有正向控制、重置初始化、原点监控、激励监控和输入脉冲监控等功能。设备PMM8713由时钟门控、激励控制、激励方式判断和可逆环计数器等组成，每个输入端都有施密特电路，从而提高抗干扰能力。PMM8713输出要求电源驱动电路，可选电源驱动器PMM2101，最大输出电流为1.4 A，符合步进电动机要求。驱动器/放大电路如图4所示。

6、MSP430微控制器调节PMM8713的端口1至4输入脉冲信号，以控制步进电动机的启动停止、速度、转向等。3系统软件设计3.1单片机程序利用单片机计时器TIMER_A(TA)中断生成脉冲信号，在响应中断程序中实现步进电动机步进和线圈数的精确计数，从而通过PWM实现速度控制。通过P1.0端口上的中断关闭TA中断程序，然后将其滑入堆栈以停止马达。P1.1中断打开TA中断、堆栈推送进程计数器(PC)和电动机打开。P3.1端口输出高级别从PMM8713的U/D端口控制马达切换，P 3.0到p 3.7端口连接8279的8个数据接口，单芯片微型计算机扫描到矩阵键盘时按下键，将使用P2端口的中断设置TA控制

7、启动停止、速度调节和转向等，同时，单芯片微型计算机的反馈将在8279控制LED管上显示速度和转向力。程序流如图5所示。3.2 PC主机模块PC PC PC模块实现了PC对步进电机的控制。使用MSP430单片机USART模块实现与PC的通信，PC通过串行端口向单片机发送控制命令，从而实现电机控制。微控制器接收存储在RXBUFFER中的控制命令，然后将其与片上存储的中断程序的入口地址进行比较，以控制步进电动机。要操作模块，必须打开8 MHz校准，并设置USART模块的波特率(波特率设置为9 600)。控制软件使用VB6.0编写，并使用MSComm控件实现串行通信功能。控制软件接口如图6所示。4系统测试为了测试该控制系统的实际运行，在给定的PMM2101输出工作电流中，步进电动机输出的最大静态转矩通过能量转换方法测量。通过选择输出电流间隔0.2 A测量步进电机最大静态转矩与电流之间关系的静态特性曲线，表明控制系统设计更合理，如图7所示。5结论通过MSP430微控制器控制步进电动机运行的系统可靠性高，电机运行时步进电动机的启动/停