【正文】 相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料，轉(zhuǎn)子和定子上 均有多個(gè)小齒以提高步矩精度。 四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序不同，可以分為單四拍，雙四拍，八拍三種工作方式，如圖 22步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖。 雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁 激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過(guò)分采用減小氣隙，增加激磁安匝來(lái)提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。 步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。 因此，打印機(jī)、 繪圖儀 、 機(jī)器人 等設(shè)備都以步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)力核心。由于單 片機(jī)的高度集成化縮短了系統(tǒng)內(nèi)的信號(hào)傳送距離，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)配置，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行速度，同時(shí)它的指令系統(tǒng)又非常適合于工業(yè)控制的要求，所以單片機(jī)在工業(yè)過(guò)程及設(shè)備過(guò)程得到廣泛應(yīng)用。（ 2）中斷的一般設(shè)置：打開(kāi)關(guān)閉局部中斷；打開(kāi)關(guān)閉全局中斷；中斷的嵌套。其基于 USB 的集成型仿真器可提供為全系列MSP430G2xxx 器件開(kāi)發(fā)應(yīng)用所必需的所有軟、硬件。 一個(gè)電壓信號(hào)在機(jī)械觸點(diǎn)的斷開(kāi)，閉合過(guò)程中，都會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，一般為 5—10ms；兩次抖動(dòng)之中為穩(wěn)定的閉合狀態(tài)，時(shí)間由按鍵動(dòng)作所決定；第一次抖動(dòng)前和第二次抖動(dòng)后為開(kāi)斷狀態(tài)。 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢 業(yè)論文 20 基 于 ULN2021 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) ULN2021 芯片的基本介紹 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是為了高效控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此需要將單片機(jī)發(fā)出的脈沖轉(zhuǎn)換為步進(jìn)角度，才能控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，我們這里采用 ULN2021 為步進(jìn)電機(jī)提供脈沖信號(hào)。 引腳 10：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng) 7 腳信號(hào)輸入端。輸入 5VTTL 電平，輸出可達(dá) 500mA/50V。 描述范圍可用于在優(yōu)化期間專注于 代碼的高使用率區(qū)域，幫助開(kāi)發(fā)人員生成經(jīng)過(guò)精細(xì)調(diào)節(jié)的代碼。//將 P1 口 設(shè)為輸入，其他 P1 口設(shè)為輸出狀態(tài)。 重復(fù)掃描按鍵： while(1)//重復(fù)掃描是否有按鍵被按下 { key1=P1INamp。 MotorStep = 1。 TIM=0。 TIM=0。 TIM=0。 TIM=0。由于先前不了解步進(jìn)電機(jī)的工作情況，定義的電機(jī)轉(zhuǎn)速值過(guò)低，導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)，影響電機(jī)的正常工作狀態(tài)。由于接入 和 兩個(gè)按鍵，可以模仿控制壁掛式空調(diào)的遙控器那樣，按下 鍵，電機(jī)正傳，按照人們預(yù)定的方向進(jìn) 行旋轉(zhuǎn)，松開(kāi) 鍵，電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。 如何確定步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器直流電源： A 電壓確定： 混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電源電壓范圍較廣，電源電壓通常根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和相應(yīng)來(lái)要求，如果要求快 速的運(yùn)行和較高的響應(yīng)，就用高電壓。關(guān)閉振蕩器，停止使用其他所有芯片的功能，直到硬件電路復(fù)位。一個(gè)五向量二級(jí)中斷機(jī)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行口，芯片振蕩器和時(shí)鐘電路，除此之外， AT89C51 還支持頻率為 0 的靜態(tài)邏輯運(yùn)算，并且支持兩種節(jié)電模式。 在歐洲和美洲將近八十個(gè)國(guó)家已經(jīng)被淘汰，混合式是綜合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)，它有兩相和五相，其中兩相的步距角是 度，五相的步距角是 度，它是目前 使用的最廣泛的步進(jìn)電機(jī)。再次還要感謝姜師兄在 MSP430 單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)編程調(diào)試方面的大力支持。 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢 業(yè)論文 31 圖 52 程序流程圖 程序設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及其處理方法 I/O 口賦值。 TIM=0。 MotorStep = 6。 TIM=0。 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢 業(yè)論文 27 TIM=0。 } } } 調(diào)用子函數(shù)，完成電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)功能： void SetMotorzhen() { switch(MotorStep) { case 0://在此條件下，將 A 相設(shè)為低電平，其他 B,C,D 為高電平。 _BIS_SR(GIE)。//子函數(shù)設(shè)定電機(jī)正傳 void SetMotorfan()。 Code Composer Studio IDE 提供了 單個(gè)用戶界面，可幫助您完成應(yīng)用開(kāi)發(fā)流程的每個(gè)步驟。 ULN2021 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá) 500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受 50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。 引腳 8：接地。其中利用 RS觸發(fā)器就是一種較為理想的的硬件消抖電路，硬件消抖具有速度快、效果好等優(yōu)點(diǎn)， 缺點(diǎn)是會(huì)增加硬件成本。實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的方向和啟動(dòng)停止控制。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。外部中斷事件的時(shí)間必須大于等于 倍的MCLK 的時(shí)間，以保證中斷請(qǐng)求被接受。 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢 業(yè)論文 11 第三章 MSP430G2553 芯片及其引腳功能介紹 近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)的日新月異，世界上的許多芯片制造商紛紛推出自己的新產(chǎn)品，品種極為豐富。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓，采用小 電感 大電流的電機(jī)。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為 θ=360 度 /（ 50*4） =（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為 θ=360度 /（ 50*8） = 度（俗稱半步）。 圖21 為四相步進(jìn)電機(jī)工作原理圖。 永磁式：永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成，轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。其中，硬件設(shè)計(jì)包括 MSP430G2553 單片機(jī)的電源模塊、鍵盤控制模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)（集成達(dá)林頓 ULN2021）模塊、等 3 個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)，以及各模塊的有機(jī)結(jié)合而實(shí)現(xiàn)。特別是步距值不受電壓、溫度的變化而變化、誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累等特點(diǎn)，給實(shí)際的應(yīng)用帶來(lái)了巨大的方便。 本系統(tǒng)的主 要工作是應(yīng)用低功耗 MSP430 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和啟停，以實(shí)現(xiàn)壁掛式空調(diào)風(fēng)門出風(fēng)風(fēng)向的控制。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信 號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按照設(shè)定的方向旋轉(zhuǎn)一個(gè)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(yùn)行。國(guó)外在小功率的 地方 ，還 是 使用步進(jìn)電機(jī)， 比 如一些工業(yè)器材，工業(yè)生產(chǎn) 設(shè) 備，打印機(jī)，復(fù)印件，速印機(jī)，銀行自動(dòng)柜員機(jī)。 反應(yīng)式：定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。同一步進(jìn)電機(jī)可配不同細(xì)分的驅(qū)動(dòng)器以改變精度和效果。 拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或 導(dǎo)電狀態(tài)用 n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行 方式即 ABBCCDDAAB，四相八拍運(yùn)行方式即AABBBCCCDDDAA。 運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的 曲線 稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路向步進(jìn)電機(jī)的控制繞組輸入電流，使其勵(lì)磁形成空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。 MSP430G2553 的引腳圖 32 如下： 圖 32 Msp430G2553單片機(jī)引腳圖 MSP430G2553 開(kāi)發(fā)板各接口引腳介紹 表 31 MSP430G2553引腳介紹 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢 業(yè)論文 13 Msp430G2553 型單片機(jī)的各個(gè)功能模塊 時(shí)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。 其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)單片機(jī)上的 按鍵和外圍擴(kuò)展的 按鍵進(jìn)行循環(huán)掃描來(lái)判斷按鍵是否已被按下，若按鍵被按下，再經(jīng)過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路功率放大后，通過(guò)這兩個(gè)按鍵分別來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)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(shí)器控制轉(zhuǎn)速。 按鍵在被按下和松手被釋放時(shí)產(chǎn)生抖動(dòng)的示意圖如圖 43 所示。 引腳 5： CPU 脈沖輸入端。功率驅(qū)動(dòng)電路是功率電子設(shè)備輸出電路的一個(gè)必要組成部分。 Code Composer Studio（ CCS 是用于 TI DSP、 微處理器 和應(yīng)用處理器的 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 ）。// 初始變量的賦值。 CCR0 = 5000。 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢 業(yè)論文 26 } else if(key2==0) 若 key2 為低電平。 } break。 } break。 TIM=0。 } break。 CT=0。也可以達(dá)到想要的結(jié)果。 步進(jìn)電機(jī)的種類： 步進(jìn)電機(jī)的種類分為三種，永磁式，反應(yīng)式，混合式。芯片上的 flash 允許程序存儲(chǔ)器通過(guò)系統(tǒng)或者傳統(tǒng)的非易失性存儲(chǔ)器重新編程。當(dāng) 1 寫入端口 0 的引腳，引腳可作為高阻輸入端。如果采用線性電源，電源電流通常取輸出相電流的 ~ 倍。因此畢設(shè)對(duì)我們來(lái)說(shuō)不僅僅是完成某項(xiàng)任務(wù)，而是讓我們學(xué)會(huì)全面地認(rèn)識(shí)，處理某項(xiàng)任務(wù)，從搜集信息到篩選信息，從明確方向到開(kāi)始著手執(zhí)行，從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題到解決問(wèn)題，中間的每一個(gè)環(huán)節(jié) 我們都得到了鍛煉。由于先前沒(méi)有用萬(wàn)用表檢測(cè)MSP430 單片機(jī)電路板的好壞，當(dāng)在測(cè)試 按鍵高電平電位時(shí)發(fā)現(xiàn)其沒(méi)有達(dá)天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢 業(yè)論文 32 到要求。 定時(shí)器中斷： pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR __interrupt void Timer_A (void) { // Toggle //CCR0 = 50000。 MotorStep = 4。 { switch(MotorStep) { case 7: if(TIM) { P1OUT = 0x1A。 MotorStep = 5。//使 TIM為 0，在中斷程 序中繼續(xù)判斷，下一次變?yōu)?1時(shí)執(zhí)行 IF 語(yǔ)句。 key2=P2INamp。 P2DIR |= 0x00。 CCSV5 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境界面如圖 51 所示。 ULN2021 是高壓大電流 達(dá)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(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn) ,適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng) 基于 ULN2021 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路與步進(jìn)電機(jī)的結(jié)合 首先介紹 ULN2021 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路板模塊的各個(gè)功能，如圖 47所示 圖 47 ULN2021步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路板模塊 圖 48 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖 天津工業(yè)大學(xué) 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(jī)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。 引腳 13：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng) 4 腳信號(hào)輸入端。所有器件有集電極開(kāi)路輸出和用于瞬變抑制的續(xù)流箝位二極管 。高電平表示按鍵斷開(kāi)，低電平表示按鍵閉合狀態(tài)。 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢 業(yè)論文 16 圖 33 MSPEXP430G2553開(kāi)發(fā)板 本次設(shè)計(jì)采用了 MSP430單片機(jī)的 USB供電模式，利用 MSP430單片機(jī)的 ， ， 4個(gè) I/O口，按照一定的通電順序（ AABBBCCCDDDA）對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 ULN2021的輸入端口進(jìn)行寫入，從而達(dá)到控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。 MSP430G2553 微控制器的特點(diǎn)和特性 微控制器的特點(diǎn) ： MSP430 系列單片機(jī)是一個(gè) 16位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)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(jiǎn)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(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令。（ 2） 16 位 Timer_A2：兩個(gè)捕獲 /比較寄存器；豐富的中斷功能。 典型的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)控制器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，和步進(jìn)電機(jī)本體三部分組成。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各 相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 15%以內(nèi)。 圖 22 步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖 根據(jù)以上論述我們可知，采用八拍的工作方式更為合理，因此，本次設(shè)計(jì)采用八拍的工作方式，下面進(jìn)行具體描述。最受歡迎的是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，約占 97%以上的市場(chǎng)份額，其原因是性價(jià)比高，配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后效果良好?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的 ；同時(shí)可以通過(guò)控制 脈沖頻率 來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢 業(yè)論文 2 中等耐壓的大功率半導(dǎo)體器件 等 也完全 實(shí)現(xiàn) 國(guó)產(chǎn)化。 The frequency of the electrical motor rotational speed. Using MSP430 single chip microputer of four mon I/O port for the electricity order of stepper motor and the polarization time programming control