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基於單片機的步進電機控制系統設計

2011年01月19日 21:24 次閲讀

    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,廣泛應用於數控機牀、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,將脈衝信號轉換成角位移,電機的轉速、停止的位置取決於脈衝信號的頻率和脈衝數,而不受負載變化的影響,非超載狀態下,根據上述線性關係,再加上步進電機只有週期性誤差而無累積誤差,因此步進電機適用於單片機控制。步進電機通過輸入脈衝信號進行控制,即電機的總轉動角度由輸入脈衝總數決定,而電機的轉速由脈衝信號頻率決定。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)通過鍵盤啓動/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(啓停、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和脈衝分配器PMM8713提供時鐘;當採用USART模塊時需開啓8MHz晶振設置通信模塊。圖2為單片機模塊結構框圖。

2.2 鍵盤/LED模塊

   為實現人機對話,該系統設計擴展了3x4按鈕矩陣鍵盤和4片8段LED數碼管,可手動直接操作該控制系統。系統上電後,通過鍵盤輸入步進電機的啓停、步數轉速和轉向等,由LED管動態顯示步進電機的轉速和轉向。鍵盤的輸入和LED管的輸出由8279進行控制,減少單片機工作負擔。8279編程工作在鍵盤掃描輸入方式,讀入鍵盤時具有去抖動功能,避免誤觸發。圖3為鍵盤LED模塊設計結構框圖。

 

2.3 驅動/放大模塊

    控制系統採用步進電機控制用的脈衝分配器(又稱邏輯轉換器)PMM8713,該器件是CMOS集成電路,相輸出驅動能力(源電流或吸入電源)為20 mA,適用於控制三相或四相步進電機,可選擇下列6種激勵方式:三相步進電進:1相,2相,1-2相;四相步進電進:1相,2相,1-2相。輸入方式可選擇單時鐘(加方向信號)和雙時鐘(正轉或反轉時鐘)兩種方式,具有正反轉控制、初始化復位、原點監視、激勵方式監視和輸入脈衝監視等功能。器件PMM8713由時鐘選通、激勵方式控制、激勵方式判斷和可逆環形計數器等部分構成,所有輸入端內都設有施密特電路,可提高抗干擾能力。PMM8713輸出需接功率驅動電路,選用功率驅動器PMM2101,最大輸出電流為1.4 A,滿足驅動步進電機的要求。驅動/放大電路如圖4所示。MSP430單片機通過調節PMM8713的端口1~4輸入脈衝信號控制步進電機的啓停、速度和轉向等。


 

3 系統軟件設計

3.1 單片機程序

    利用單片機的定時器TIMER_A(TA)中斷產生脈衝信號,通過在響應的中斷程序中實現步進電機步數和圈數的準確計數,通過PWM實現轉速控制;利用P1.0端口的中斷關閉TA中斷程序,並推入堆棧,停止電機;P1.1中斷則開啓TA中斷,堆棧推入程序計數器(PC),開啓電機;P3.1端口輸出高電平由PMM8713的U/D端口控制電機的轉向;P3.0~P3.7端口接8279的8個數據接口,當單片機掃描到矩陣鍵盤有鍵按下時,利用P2端口的中斷設置TA,控制啓停、調速和轉向等,同時單片機反饋給8279控制LED管顯示轉速和轉向。其程序流程如圖5所示。

3.2 PC上位機模塊

    PC上位機模塊實現PC機對步進電機的控制。利用MSP430單片機的USART模塊實現與PC上位機的通信,PC機通過串口向單片機發送控制命令,實現電機控制。單片機所接收到控制命令暫存在RXBUFFER中,然後與存儲在片內Flash的中斷程序的入口地址相比較,相同就進入中斷,實現步進電機的控制。操作該模塊時需要開啓8 MHz晶振為USART模塊設置波特率(設置波特率為9 600)。控制軟件由VB6.0編寫,利用MSComm控件實現串行通訊功能。其控制軟件界面如圖6所示。

4 系統檢測

    為檢驗該控制系統的實際工作情況,在給定PMM2101輸出工作電流的狀態下采用能量轉化法測得步進電機輸出的最大靜轉矩。選取輸出電流間隔0.2 A,測到步進電機最大靜轉矩與電流之間關係的靜特性曲線,如圖7所示,説明該控制系統設計較合理。

5 結論

    該系統通過MSP430單片機控制步進電機運轉情況,可靠性高,在電機運行時能夠方便設定步進電機的啓/停、轉速和方向,提高步進電機的步進精度;能夠控制三相或四相步進電機;由PC上位機完全控制步進電機的各種運行方式,使系統能夠應用於惡劣環境中,保證人員安全,適用範圍較廣,且電路簡單,成本較低,控制方便,移植性強,實用價值高。

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由於本次進入指令寄存器中的內容是74H(操作碼),以譯碼器譯碼後單片機就會知道該指令是要將一個數送到...

發表於 2018-03-21 17:40 811次閲讀
51單片機程序執行流程詳細分析

這21個晶振難題弄清單片機就好懂了

有關51單片機有關晶振的問題一併總結出來,希望對學51的童鞋來説能有幫助

發表於 2018-03-21 16:18 671次閲讀
這21個晶振難題弄清單片機就好懂了

超詳細的C語言運算符優先級

每當想找哪個運算符優先級高時,很多時候總是想找的就沒有,真讓人氣憤!現在,終於有個我個人覺得非常全的...

發表於 2018-03-20 17:00 422次閲讀
超詳細的C語言運算符優先級

51單片機模擬串口的三種方法

隨着單片機的使用日益頻繁,用其作前置機進行採集和通信也常見於各種應用,一般是利用前置機採集各種終端數...

發表於 2018-03-20 16:52 591次閲讀
51單片機模擬串口的三種方法

單片機技術在電阻焊中的應用

電阻焊一般是使工件處在一定電極壓力作用下並利用電流通過工件時所產生的電阻熱將兩工件之間的接觸表面熔化...

發表於 2018-03-20 15:44 319次閲讀
單片機技術在電阻焊中的應用

淺談金箔定位系統中單片機的作用

隨着物質文化生活水平的提高,人們對於包裝、裝飾材料的要求也越來越高,只有將計算機控制引入到模切燙金機...

發表於 2018-03-20 11:24 110次閲讀
淺談金箔定位系統中單片機的作用

89C51單片機的工作方式與工作原理

除了進入系統的正常初始化之外,當由於程序運行出錯或操作錯誤使系統處於死鎖狀態時,為擺脱困境,也需按復...

發表於 2018-03-20 11:01 534次閲讀
89C51單片機的工作方式與工作原理

關於單片機89C51指令彙集

1.數據傳送指令彙總 2.算術運算類指令彙總 3.控制轉移類指令彙總 4.邏輯運算指令彙總 5.布...

發表於 2018-03-20 10:53 131次閲讀
關於單片機89C51指令彙集

基於單片機的電動模型汽車自動控制系統設計

全國大學生電子設計競賽中的C題,要求設計一個以 單片機 為核心器件實現對行駛中的 電動模型汽車 自動...

發表於 2018-03-20 10:43 213次閲讀
基於單片機的電動模型汽車自動控制系統設計

電子研發低成本方案導致的災難性後果

當時國內從事動態密碼器研發生產的公司並不多,而能擁有自主知識產權的公司更少。公司創始人是劍橋大學畢業...

發表於 2018-03-20 08:42 509次閲讀
電子研發低成本方案導致的災難性後果

單片機資源少,不能拒絕RTOS

不要拒絕RTOS!

發表於 2018-03-19 15:10 392次閲讀
單片機資源少,不能拒絕RTOS

逐次逼近型ADC的原理

逐次逼近式AD轉換器與計數式A/D轉換類似,只是數字量由“逐次逼近寄存器SAR”產生。SAR使用“對...

發表於 2018-03-19 13:51 407次閲讀
逐次逼近型ADC的原理

超級單片機開發工具多功能軟件

本功能主要用於準備用於查表計算的 R/T 表格,主要用於温度、濁度等模擬量的測量,根據電路分壓電阻的...

發表於 2018-03-19 11:29 139次閲讀
超級單片機開發工具多功能軟件

學完單片機的你可以幹什麼??

單片機,又稱微處理器,他將一個系統所需要的RAM,Rom ,CPU等相關外設集成在一塊集成電路上,我...

發表於 2018-03-19 10:32 835次閲讀
學完單片機的你可以幹什麼??

51單片機程序深入編寫裸機代碼有助於瞭解硬件的特...

現將while(1);語句屏蔽掉。我還以為程序不能被正確執行了呢,因為退出了main主函數,就像Re...

發表於 2018-03-19 08:36 433次閲讀
51單片機程序深入編寫裸機代碼有助於瞭解硬件的特...

單片機與圖形液晶顯示器接口的方法

點陣式平板圖形液晶顯示器在各種便攜式產品中具有非常廣泛的應用。對於不同廠家的產品及不同的運用目的,顯...

發表於 2018-03-17 11:47 404次閲讀
單片機與圖形液晶顯示器接口的方法

單片機與數字温度接口及程序設計分析

數字式温度傳感器(簡稱SWC),又稱集成數字脈衝式感温探頭,是一種新型的三端温度變送器件。該器件採用...

發表於 2018-03-17 11:40 472次閲讀
單片機與數字温度接口及程序設計分析

單片機控制的動態數據緩存器的控制電路

由於單片機具有功能強,使用靈活,體積小,性價比高等特點,近年來在測控系統中得到廣泛應用。而在許多場合...

發表於 2018-03-17 11:36 357次閲讀
單片機控制的動態數據緩存器的控制電路

單片機控制的動態數據緩存器的DRAM讀/寫控制過...

讀取一字節數據的程序段如下: 讀取數據時,T1先置1,其後的RD信號將行地址送到地址線AB上,並使D...

發表於 2018-03-17 11:33 500次閲讀
單片機控制的動態數據緩存器的DRAM讀/寫控制過...

單片機實現編碼器VD5026的軟件設計與應用

VD5026 -4的每組串行數據輸出波形由同步脈衝、12位加密地址(和控制數據)及1位停止位組成。編...

發表於 2018-03-17 11:26 271次閲讀
單片機實現編碼器VD5026的軟件設計與應用

單片機測量三相電網功率因數的接口電路分析

為了測量時間r,又為使測量的φ角的精度不受電網頻率(或週期T)的影響,採用圖所示的接口電路。 由變壓...

發表於 2018-03-17 11:03 397次閲讀
單片機測量三相電網功率因數的接口電路分析

PIC16C71單片機投幣電路分析

傳統的投幣電話,都是以幾對紅外發射、接收對管作傳感器,利用硬幣遮光原理粗測幣的直徑。這種方法精度低,...

發表於 2018-03-17 10:26 498次閲讀
PIC16C71單片機投幣電路分析

單片機超聲波視覺識別系統的測量軟件開發

當超聲波傳感器發出的超聲波遇到物體返回時,探頭接收其反射回波信息,從而可對接收到的反射回波進行分析、...

發表於 2018-03-17 10:12 489次閲讀
單片機超聲波視覺識別系統的測量軟件開發

一文看懂單片機測量三相電網功率因數角的測量原理

本文介紹使用8031單片機測量三相電網 功率因數角的原理、接口電路和程序實現。經實踐驗證,測量準確、...

發表於 2018-03-17 10:08 318次閲讀
一文看懂單片機測量三相電網功率因數角的測量原理

51單片機執行指令的過程的分析解釋

單片機執行程序的過程,實際上就是執行我們所編制程序的過程。即逐條指令的過程。計算機每執行一條指令都可...

發表於 2018-03-16 16:41 697次閲讀
51單片機執行指令的過程的分析解釋

單片機串行口通信程序設計

串行口方式0應用編程 8051單片機串行口方式0為移位寄存器方式,外接一個串入並出的移位寄存器,就能...

發表於 2018-03-16 16:29 605次閲讀
單片機串行口通信程序設計

單片機ROM,RAM和FLASH的作用

在單片機中用來存儲程序數據及常量數據或變量數據,凡是c文件及h文件中所有代碼、全局變量、局部變量、’...

發表於 2018-03-16 16:27 511次閲讀
單片機ROM,RAM和FLASH的作用

LED數碼管靜態顯示接口與編程分析

八段LED數碼管顯示器由8個發光二極管組成。基中7個長條形的發光管排列成“日”字形,另一個賀點形的發...

發表於 2018-03-16 16:13 515次閲讀
LED數碼管靜態顯示接口與編程分析

51單片機產生PWM方法

89C51芯片沒有自帶PWM發生器,如果要用51來產生PWM波就必須要用軟件編程的方法來模擬。方法大...

發表於 2018-03-16 14:21 518次閲讀
51單片機產生PWM方法

關於單片機晶振問題及解決方法的總結

遇到單片機晶振不起振是常見現象,那麼引起晶振不起振的原因有哪些呢? (1) PCB板佈線錯誤;...

發表於 2018-03-16 13:49 477次閲讀
關於單片機晶振問題及解決方法的總結

一個關於LPUART輸出異常問題分享

使用STM32L496的Nucleo板的LPUART 做打印輸出時,電腦端始終沒法出現任何信息。 ...

發表於 2018-03-16 10:12 474次閲讀
一個關於LPUART輸出異常問題分享

51單片機的時鐘及總線時序和總線擴展

説到51單片機的時鐘首先想到51時怎麼工作的呢?微型控制器要想工作必須要有一個“動力”,對於51單片...

發表於 2018-03-15 14:48 576次閲讀
51單片機的時鐘及總線時序和總線擴展

單片機按鍵設計的四個方案詳解

在單片機系統裏,按鍵是常見的輸入設備,在本文將介紹幾種按鍵硬件、軟件設計方面的技巧。一般的在按鍵的設...

發表於 2018-03-15 14:05 479次閲讀
單片機按鍵設計的四個方案詳解

最簡單的單片機PID控制算法程序

/*************定義全局變量*****************/uchar Kp,TI,...

發表於 2018-03-15 13:41 618次閲讀
最簡單的單片機PID控制算法程序

單片機C語言程序設計: 單片機與 PC 通信

單片機可接收 PC 發 送的數字字符,按下單片機的 K1鍵後,單片機可向 PC發送 ...

發表於 2018-03-15 10:21 595次閲讀
單片機C語言程序設計: 單片機與 PC 通信