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。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8KBRAM和116KBFlash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。

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。

系統上電后，通過鍵盤輸入步進電機的啟停、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

控制系統采用步進電機控制用的脈沖分配器(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20mA，適用于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沖監視等功能。

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)中斷產生脈沖信號，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，并推入堆棧，停止電機；P1．1中斷則開啟TA中斷，堆棧推入程序計數器(PC)，開啟電機；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，控制啟停、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。

3．2PC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，然后與存儲在片內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啟8MHz晶振為USART模塊設置波特率(設置波特率為9600)。

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0．2A，測到步進電機最大靜轉矩與電流之間關系的靜特性曲線，如圖7所示，說明該控制系統設計較合理。