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音曼顿单片机控制步进电机PMW的驱动与放大

作者:音曼顿 浏览: 发表时间:2022-06-09 10:33:42


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、工业自动控制和各种定位要求可控的机械工具等应用领域。步进电机是一种数字控制电机,将脉冲信号转换为角位移。电机的速度和停止位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数量,不受负载变化的影响。步进电机由输入脉冲信号控制,即电机的总旋转角度由输入脉冲总数决定,电机的速度由脉冲信号频率决定。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,单片机可以通过向步进电机驱动电路发送控制信号来控制步进电机。



1 系统设计原理


步进电机控制系统主要由单片机和键盘组成LED、驱动/放大和PC由四个模块组成,包括上位机PC该控制系统可以实现的功能是软件控制部分:


1)通过键盘启动/暂停步进电机,设置步进电机转速,改变步进电机转向;


2)通过LED管道显示步进的速度和转向;


3)控制三相或四相步进电机;


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步进电机控制系统框图。


2 硬件电路设计


2.1 单片机模块


主要由单片机模块组成MSP430FG4618单片机由外围滤波、电源管理、晶振等电路组成。MSP430FG8 4618单片机内部KB RAM和116 KB Flash满足控制系统的存储要求,P1和P在步进电机的工作过程中,根据按钮状态判断是否跳入中断服务程序,改变步进电机的工作状态,USART单片机和模块实现PC实现上位机之间的通信PC机器控制步进电机。电源管理电路提供稳定的3.3 V和5 V电压分别为单片机、晶振电路、驱动和功率放大电路供电。kHz晶振给单片机,键盘/显示接口设备8279,脉冲分配器PMM8713提供时钟;USART模块需要打开8MHz晶体振动设置通信模块。


2.2 键盘/LED模块


为了实现人机对话,系统设计扩展了3x4按钮矩阵键盘,4片8段LED数字管可以手动直接操作控制系统。系统上电后,通过键盘输入步进电机的启停、步数速度和转向LED动态显示步进电机的速度和转向。键盘的输入和LED管道的输出由8279控制,以减轻单片机的工作负担。8279编程工作扫描键盘输入模式,读取键盘时具有抖动功能,避免误触发。


2.3 驱动/放大模块


脉冲分配器(也称逻辑转换器)用于步进电机控制的控制系统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,可选择以下六种激励方式:三相步进电源:1相、2相、1-2相;四相步进电源:1相、2相、1-2相。输入方式可选择单时钟(方向信号)和双时钟(正反转时钟),具有正反转控制、初始复位、原点监控、激励模式监控和输入脉冲监控功能。PMM8713由时钟选择、激励控制、激励判断和可逆环计数器组成。所有输入端都配备了施密电路,可以提高抗干扰性。PMM8713输出需要连接功率驱动电路,选择功率驱动器PMM最大输出电流为1.4 A,满足驱动步进电机的要求。MSP430单片机通过调节PMM8713端口1~4输入脉冲信号控制步进电机的启停、速度和转向。


3 系统软件设计


3.1 单片机程序

使用单片机定时器TIMER_A(TA)通过在响应中断程序中实现步进电机步数和圆数的准确计数,中断产生脉冲信号PWM实现转速控制;利用P1.0端口中断关闭TA将程序中断,推入堆栈,停止电机;P1.1打开中断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端口控制电机转向;P3.0~P3.7端口连接8279的8个数据接口。当单片机扫描矩阵键盘按钮时,使用P2端口中断设置TA,控制启停、调速、转向等单片机反馈8279控制LED管道显示转速和转向。


3.2 PC上位机模块


PC实现上位机模块PC控制步进电机。MSP430单片机的USART模块实现与PC上位机通信,PC机器通过串口向单片机发送控制命令,实现电机控制。单片机接收的控制命令暂时存在RXBUFFER然后存储在片中Flash与中断程序的入口地址相比,同样进入中断,实现步进电机的控制。在操作模块时,需要打开8 MHz晶振为USART模块设置波特率(设置波特率为9 600)。控制软件由控制软件的VB6.0编写、使用MSComm实现串行通信功能的控制软件界面。


4 系统检测


在给定控制系统的实际工作实际工作情况PMM在2101输出工作电流的状态下,采用能量转法测量步进电机输出的最大静转矩。输出电流间隔为0.2 A,测量步进电机最大静转矩与电流之间的静特性曲线,控制系统设计合理。


5 结论


该系统通过MSP430单片机控制步进电机的运行,可靠性高。电机运行时,可方便设置步进电机的启动/停止、速度和方向,提高步进电机的步进精度;可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模式,使系统能够应用于恶劣环境,确保人员安全,应用范围广,电路简单,成本低,控制方便,移植强,实用价值高。


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