【正文】 控制器，步進電機驅(qū)動器，和步進電機本體三部分組成。 本人在這次設(shè)計中采用了基于 ULN2021 芯片的步進電機驅(qū)動器，將在 天津工業(yè)大學 2021 屆本科生畢 業(yè)論文 10 節(jié)進行詳細的表述。（ 2） 16 位 Timer_A2：兩個捕獲 /比較寄存器；豐富的中斷功能。（ 3） PXOUT輸出寄存器，寄存器內(nèi)的內(nèi)容不會受引腳方向改變的影響（ 4） PXIFG 中斷標志寄存器（ 0：沒有中斷請求， 1：有中斷請求），該寄存器有 8 個標志位，對應(yīng)相應(yīng)的引腳是否有待處 理的中斷請求，這 8 個中斷標志共用一個中斷向量，中斷標志不會自動復(fù)位，必須軟件復(fù)位。 MSP430G2553 微控制器的特點和特性 微控制器的特點 ： MSP430 系列單片機是一個 16位的單片機，采用了精簡指令集（ RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（ 7 種源操作數(shù)尋址、 4 種目的操作數(shù)尋址）、簡潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理指令。可以只使用一個晶體振蕩器（ 32768Hz），也可以使用兩個晶體振蕩器。 天津工業(yè)大學 2021 屆本科生畢 業(yè)論文 16 圖 33 MSPEXP430G2553開發(fā)板 本次設(shè)計采用了 MSP430單片機的 USB供電模式，利用 MSP430單片機的 ， ， 4個 I/O口，按照一定的通電順序（ AABBBCCCDDDA）對電機驅(qū)動器 ULN2021的輸入端口進行寫入，從而達到控制電機運轉(zhuǎn)的目的。 天津工業(yè)大學 2021 屆本科生畢 業(yè)論文 18 圖 42 壁掛式風門 鍵盤控制電路 鍵盤控制模塊包括方向控制鍵、啟停鍵，分別與單片機的 和 相連。高電平表示按鍵斷開，低電平表示按鍵閉合狀態(tài)。 1硬件消抖： 利用硬件電路消除抖動，是將按鍵產(chǎn)生的抖動變成理想的高低電平，使之不會造成單片機的誤讀。所有器件有集電極開路輸出和用于瞬變抑制的續(xù)流箝位二極管 。 引腳 7： CPU 脈沖輸入端。 引腳 13：脈沖信號輸出端，對應(yīng) 4 腳信號輸入端。 ULN2021 的每一對達林頓都串聯(lián)一個 的基極電阻 ,在 5V 的工作電壓下它能與 TTL 和 CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。 ULN2021 是高壓大電流 達林頓晶體管 陣列系列產(chǎn) 品 ,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負載能力強等特點 ,適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng) 基于 ULN2021 步進電機的驅(qū)動電路與步進電機的結(jié)合 首先介紹 ULN2021 步進電機驅(qū)動電路板模塊的各個功能，如圖 47所示 圖 47 ULN2021步進電機驅(qū)動電路板模塊 圖 48 步進電機驅(qū)動原理圖 天津工業(yè)大學 2021 屆本科生畢 業(yè)論文 23 從原理圖 48中我們可以很清楚的看出 MSP430G2553單片機的 I/O口輸出的有序的脈沖序列從 ULN2021 芯片的輸入端輸入，輸入端口分別為 IN1,IN2， IN3，IN4。 它包含適用于每個 TI 器件系列的編譯器、源碼編輯器、項目構(gòu)建環(huán)境、調(diào)試器、描述器、仿真器以及多種其它功能。 CCSV5 軟件開發(fā)環(huán)境界面如圖 51 所示。 void SetMotorzheng()。 P2DIR |= 0x00。// SMCLK, contmode。 key2=P2INamp。//就調(diào)用 SetMotorfan()子函數(shù)。//使 TIM為 0，在中斷程 序中繼續(xù)判斷，下一次變?yōu)?1時執(zhí)行 IF 語句。 MotorStep = 3。 MotorStep = 5。 MotorStep = 7。 { switch(MotorStep) { case 7: if(TIM) { P1OUT = 0x1A。 case 5: //B if(TIM) { P1OUT = 0x15。 MotorStep = 4。 MotorStep = 2。 定時器中斷： pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR __interrupt void Timer_A (void) { // Toggle //CCR0 = 50000。 } } 程序流程圖 程序流程圖 如圖 52 所示。由于先前沒有用萬用表檢測MSP430 單片機電路板的好壞，當在測試 按鍵高電平電位時發(fā)現(xiàn)其沒有達天津工業(yè)大學 2021 屆本科生畢 業(yè)論文 32 到要求。首先感謝張老師每周都對我們畢設(shè)進度的詢問與耐心的指導，給我們調(diào)整思路，指引研究方向。因此畢設(shè)對我們來說不僅僅是完成某項任務(wù)，而是讓我們學會全面地認識，處理某項任務(wù)，從搜集信息到篩選信息，從明確方向到開始著手執(zhí)行，從發(fā)現(xiàn)問題到解決問題，中間的每一個環(huán)節(jié) 我們都得到了鍛煉。反應(yīng)式一般情況有三相，實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角是 度一般情況，但噪聲和振動很大。如果采用線性電源，電源電流通常取輸出相電流的 ~ 倍。 功能特點： AT89C51 具有以下功能， 4k 字節(jié)的 FLASH， 128 字節(jié) RAM， 32 個 I/0 口，兩個十六位定時器 /計數(shù)器。當 1 寫入端口 0 的引腳，引腳可作為高阻輸入端。 VCC 電源電壓 GND 地 端口 0：端口 0 是一個八位漏極開路雙向 I/O 端口。芯片上的 flash 允許程序存儲器通過系統(tǒng)或者傳統(tǒng)的非易失性存儲器重新編程。但還是應(yīng)該注意電源電壓的峰值不能超過驅(qū)動器的最大輸入電壓，否則會損壞驅(qū)動器。 步進電機的種類： 步進電機的種類分為三種，永磁式，反應(yīng)式，混合式。如果想讓電機反轉(zhuǎn)，按下 鍵即可，通電順序（ DADCDCBCBABA） ,同樣可以滿足人們的要求。也可以達到想要的結(jié)果。后發(fā)現(xiàn)將其值設(shè)置較高，避開振動臨界值 define speed 4。 CT=0。 } Break。 } break。 } break。 TIM=0。 } break。 } break。 } break。 } break。//下次調(diào)用子函數(shù)時，進入 Case 1。 天津工業(yè)大學 2021 屆本科生畢 業(yè)論文 26 } else if(key2==0) 若 key2 為低電平。0x08。 CCR0 = 5000。 P1REN |= 0x08。// 初始變量的賦值。 描述可用于任何組合形式的匯編、 C++ 或 C 代碼。 Code Composer Studio（ CCS 是用于 TI DSP、 微處理器 和應(yīng)用處理器的 集成開發(fā)環(huán)境 ）。 ULN2021 是高耐壓、大電流達林頓陳列 ,由七個硅 NPN 達林頓管組成。功率驅(qū)動電路是功率電子設(shè)備輸出電路的一個必要組成部分。 引腳 11：脈沖信號輸出端，對應(yīng) 6 腳信號輸入端。 引腳 5： CPU 脈沖輸入端。 ULN2021 的七個 NPN 達林頓連接晶體管是低邏輯電平數(shù)字電路（如 TTL,CMOS或 PMOS/NMOS）和大電流高電壓要求的燈、繼電器、打印機和其他類似負載間的接口的理想器件。 按鍵在被按下和松手被釋放時產(chǎn)生抖動的示意圖如圖 43 所示。 按鍵閉合與否，反映在輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或者低電平。通過對單片機上的 按鍵和外圍擴展的 按鍵進行循環(huán)掃描來判斷按鍵是否已被按下，若按鍵被按下，再經(jīng)過步進電機驅(qū)動電路功率放大后，通過這兩個按鍵分別來實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)控制，調(diào)速系統(tǒng)由軟件方式完成，即用中斷定時器控制轉(zhuǎn)速。 Launchpad 具有集成的 DIP目標插座，可支持多達 20個引腳，從而使 MSP430器件能夠簡便的插入 Launchpad電路板中。 其次，獨特的時鐘系統(tǒng)設(shè)計。 定時器的計數(shù)模式：（ 1）增計數(shù)模式（ 2）連續(xù)計數(shù)模式（ 3）增 /減技天津工業(yè)大學 2021 屆本科生畢 業(yè)論文 14 術(shù)模式（ 4）停止模式 串行通信：串口是系統(tǒng)與外界聯(lián)系的重要手段，我們有時需要使用上位機進行系統(tǒng)調(diào)試及現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和控制， MSP430G2553 中有兩個串口模塊：USCI_A0 和 USCI_B0。 MSP430G2553 的引腳圖 32 如下： 圖 32 Msp430G2553單片機引腳圖 MSP430G2553 開發(fā)板各接口引腳介紹 表 31 MSP430G2553引腳介紹 天津工業(yè)大學 2021 屆本科生畢 業(yè)論文 13 Msp430G2553 型單片機的各個功能模塊 時鐘系統(tǒng)：超低功耗 /低頻振蕩器；外接晶體振蕩器；數(shù)字控制振蕩器。 由于 MSP430G2553 型單片機足以滿足對步進電機的控制要求，因此下面我們詳細對 MSP430G2553 單片機 進行詳細的介紹，典型單片機結(jié)構(gòu)圖如圖 31。步進電機驅(qū)動電路向步進電機的控制繞組輸入電流，使其勵磁形成空間旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動轉(zhuǎn)子運動。 步進電機驅(qū)動系統(tǒng)介紹 步 進電機不能直接接到交直流電源上工作，而必須使用專用設(shè)備，即步進電機驅(qū)動器。 步進電動機 以其顯著的特點，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。 步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁， 從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏 130度以上，有的甚至高達攝氏 200 度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏 8090 度完全正常。 運行矩頻特性：電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的 曲線 稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。 動態(tài)指標術(shù)語 步距角精度：步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。 拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或 導電狀態(tài)用 n表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行 方式即 ABBCCDDAAB，四相八拍運行方式即AABBBCCCDDDAA。單四拍與雙四拍的步距角相等， 但是單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。同一步進電機可配不同細分的驅(qū)動器以改變精度和效果。其特點是輸出力矩大、動態(tài)性能好，步距角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對較高。 反應(yīng)式：定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。 步進電機概述 步進電機的基本介紹 步進 電機 是將電 脈沖 信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。國外在小功率的 地方 ，還 是 使用步進電機， 比 如一些工業(yè)器材，工業(yè)生產(chǎn) 設(shè) 備，打印機，復(fù)印件，速印機，銀行自動柜員機。 國內(nèi)外發(fā)展狀況 我國步進電機的研究及 設(shè)計 制造起 開 始于本世界 50 年代后期，從 50 年代后到 60 年代后，主要是高等院校和科研機構(gòu)為研究一些裝置而 應(yīng)用 或 研發(fā) 少量產(chǎn)品。當步進電機驅(qū)動器接收到一個脈沖信 號，它就驅(qū)動步進電機按照設(shè)定的方向旋轉(zhuǎn)一個固定的角度 (稱為“步距角” )，它的旋轉(zhuǎn)按照固定的角度一步一步運行。此項設(shè)計研究將應(yīng)用于 壁掛式空調(diào)風門運動的調(diào)整，合理地調(diào)整將方便于人們的生活，滿足人們的各種需求。 本系統(tǒng)的主 要工作是應(yīng)用低功耗 MSP430 單片機控制步進電機的旋轉(zhuǎn)方向和啟停，以實現(xiàn)壁掛式空調(diào)風門出風風向的控制。s various needs. Key words: MSP430MicroChip ； Stepper motor； airconditioner 目 錄 第一章 緒論 ......................................................................................... 1 課題研究的目的和意義 ................................................................................... 1 國內(nèi)外發(fā)展狀況 ............................................................................................... 1 本課題設(shè)計的主要任務(wù) ................................................................................... 2 第二章 步進電機及其工作原理的介紹 .............................................. 3 步進電機概述 ..........................................................................