【正文】 格，程序就不難實(shí)現(xiàn)了，使用定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 為定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間到后切換輸出腳即可?？梢粤谐鱿卤恚? 表 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與定時(shí)器定時(shí)常數(shù)關(guān)系 轉(zhuǎn)速 單步時(shí)間 (ms) TH0 TL0 20 1F 0 21 29 B6 第三章 控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 14 22 33 74 23 3C 59 24 44 80 25 50 4C 0 26 52 EC 27 59 55 28 5F 49 ? ? ? ? 93 CF 9C 94 D0 20 95 D0 A1 96 D1 20 97 D1 9B 98 D2 14 99 D2 8B 100 D3 0 表中不僅計(jì)算出了 TH0 和 TL0，而且還計(jì)算出了在這個(gè)定時(shí)常數(shù)下，真實(shí)的定時(shí)時(shí)間，可以根據(jù)這個(gè)計(jì)算值來估算真實(shí)速度與理論速度的誤差值。 按要求，最低轉(zhuǎn)速為 20 轉(zhuǎn) /分，而上述步進(jìn)電機(jī)的步距角為 ，即每 48 個(gè)脈沖為 1 周，即在最低轉(zhuǎn)速時(shí)，要求為 960脈沖 /分，相當(dāng)于 。這里以定時(shí)的方式來實(shí)現(xiàn)。如果要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度只要改變兩次接通之間的時(shí)間。 不難設(shè)計(jì)出控制電路，因其工作電壓為 12V，因此用一塊開路輸出達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器（ 這里用 ULN2020，關(guān)于 ULN2020 將在后面介紹）作為驅(qū)動(dòng)，通過 、 來控制各線圈的接通與切斷。要使用步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，只要輪流給各引出端通電即可。圖 33 是 CZ2801型永磁步進(jìn)電機(jī)的外形圖，圖 34是該電機(jī)的接線圖。 4．超過負(fù)載時(shí)會破壞 同步，高速工作時(shí)會發(fā)出振動(dòng)和噪聲。 7．根椐給定的脈沖周期，能夠以任意速度轉(zhuǎn)動(dòng)。 5．沒有轉(zhuǎn)向器等機(jī)械部分，不需要保養(yǎng)，故造價(jià)較低。 3．沒有角累積誤差?？傮w上說，步進(jìn)電機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)： 第三章 控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 12 1．不需要反饋，控制簡單。 步進(jìn)電機(jī)的特性 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使用的是脈沖信號，而脈沖是數(shù)字信號，這恰是計(jì)算機(jī)所擅長處理的數(shù)據(jù)類型。 正常情況下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。 使用多相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，單路電脈沖信號可先通過脈沖分配器轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號，在 經(jīng)功率放大后分別送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各 相繞組。單相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有單路電脈沖驅(qū)動(dòng)，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動(dòng)。在任何低功耗方式下均支持中斷操作，一旦中斷發(fā)生即可將系統(tǒng)從當(dāng)前低功耗模式中喚醒進(jìn)入活動(dòng)方式，而且可在中斷處理結(jié)束后返回原先的 低功耗方式。由下表可見，在低 功率方式下， CPU均停止了工作。表 是各種低功耗工作模式的控制位一覽表。如果用軟件將 4 位控制位全部復(fù)位，這時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入活動(dòng)模式 (AM)， CPU、時(shí)鐘處于活動(dòng)狀態(tài)。具體有以下六種運(yùn)行模式： 1)活動(dòng)模式 AM：可由軟件設(shè)定，所有的時(shí)鐘都是活動(dòng)的。一個(gè)中斷事件可以把系統(tǒng)從各種低功耗方式喚醒并且通過 RETI 指令返回到中斷以前的工作狀態(tài)。當(dāng)需要 CPU 工作時(shí)，任何一個(gè)模塊都可以通過中斷喚醒 CPU，從而使系統(tǒng)以最低功耗運(yùn)行。 工作方式 通過對不同模塊操作模式和 CPU狀態(tài)的智能化管理， MSP430 芯片的工作方式可以適應(yīng)多種超低功耗的需求，即便在中斷處理期間也是一樣。外圍模塊通過數(shù)據(jù)、地址、和控制總線與 CPU相連。寄存器到寄存器操作的執(zhí)行時(shí)間是一個(gè) CPU 周期。所有的操作，除了程序流程指令，都是通過源操 作數(shù)的 7 種尋址模式和目標(biāo)操作數(shù)的四種尋址模式的組合對寄存器進(jìn)行的。本文就是利用 MSP430F149 型單片機(jī)做 為主控制器設(shè)計(jì)的機(jī)車通信系統(tǒng)。 MSP430 系列單片機(jī)的應(yīng)用 MSP430 系列單片機(jī)有如此獨(dú)特的性能，因而一問世便受到廣大用戶的歡迎，有了MSP430 系列單片機(jī)，人們再也不用為那些使用干電池的儀器儀表耗電太快而犯愁了，用戶可以設(shè)計(jì)出只用一節(jié) 3V 電池便能工作數(shù)年的智能工業(yè)儀表，也可以設(shè)計(jì)出從設(shè)備端口(如計(jì)算機(jī)并口或串口 )信號線直接 獲取電能的無源智能儀器等等。這一點(diǎn)是MSP430 系列單片機(jī)突出的優(yōu)點(diǎn)。在 MSP430 系列單片機(jī)中，與其它的單片機(jī)最大的區(qū)別就是系統(tǒng)各個(gè)模塊完全是獨(dú)立運(yùn)行的，定時(shí)器 (Timer)、輸～輸出口 (I/O Port)、 A/D 轉(zhuǎn)換 (以芯片型號的不同而有無 )、看門狗 (WOT)、液晶顯示器 (LCD)等都可以在主 CPU休眠的狀態(tài)下獨(dú)立運(yùn)行。 MSP430 系列器件均為工業(yè)級的，運(yùn)行環(huán)境溫度為． 40℃～ +85℃。 (5)高效的開發(fā)方式 MSP430 支持在線仿真和編程，所配編譯器功能強(qiáng)大。它們分別是以下一些外圍模塊的不同組 合：看門狗 (WDT)、定時(shí)器 A(Timer_A)、定時(shí)器 B(Timer_B)、比較器、串口 0、1(USARTO、 1)、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、 l0/12 位 ADC、 48 個(gè) I/O 端口、基本定時(shí)器 (Basic Timer)，可在線仿真的 FLASH 內(nèi)存， 7 路 PWM 輸出，以及內(nèi)嵌的 LCD 驅(qū)動(dòng)等。如果晶體振蕩器在用作 CPU時(shí)鐘 MCLK 時(shí)發(fā)生故障， DCO 會自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可以用看門狗將其復(fù)位。 (3)系統(tǒng)工作穩(wěn)定 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 上電復(fù)位后，首先由 DCOCLK 啟動(dòng) CPU，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)問。 (2)強(qiáng)大的處理能力 MSP430 系列單片機(jī)為 16 位 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(yùn)算；還有高效的查表處理方法；有較高的處理速度，在晶振頻率為 8MHz 驅(qū)動(dòng)時(shí)，其指令周期為 125μ s。數(shù)字控制的振蕩器 (DCO)可使器件從低功耗模式迅速喚醒，在小于6μ s 的時(shí)間內(nèi)被激活到正常的工作方式。它們具有 16 位 RISC 結(jié)構(gòu)， CPU 的 16 個(gè)寄存器和常數(shù)發(fā)生器使 MSP430 微控制器能達(dá)到最高的代碼效率。全球著名 DSP 制造商 — 美國德州儀器 (TI)公司所生產(chǎn)的新型芯片 MSP430 系列，以其獨(dú)特的性能和豐富的片內(nèi)外設(shè)成為電子技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)人員的新寵。 5實(shí)用性：系統(tǒng)具有強(qiáng)大的中斷功能、功能實(shí)際等特點(diǎn)，使整個(gè)系統(tǒng)有很強(qiáng)的 實(shí)用性 第三章 控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 6 第 3 章 控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) MSP430 系列單片機(jī)簡介 近幾年來，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。本系統(tǒng)采用 MSP430 作為控制單元，通過鍵盤實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向及轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，并且將步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度動(dòng)態(tài)顯示 系統(tǒng)的主要功能 步進(jìn)電機(jī)的主要功能 設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制器應(yīng)具有以下功能： 1. 步進(jìn)電機(jī)的啟?？刂? 2．步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制 3. 步進(jìn)電機(jī)的加速控制 4. 步進(jìn)電機(jī)的減速控制 5. 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)顯示 系統(tǒng)的特點(diǎn) 由 MSP430 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制器具有如下幾個(gè)特點(diǎn) 1低功耗 由于 MSP430 單片機(jī)的低功耗特性決定了系統(tǒng)的低功耗 2 可移植性 C語言的開發(fā)環(huán)境決定了系統(tǒng)的可移植性 3易操作性：圖形化、語音化、讓信息大多可自動(dòng)生成，便于操作。本系統(tǒng)具有智能性、實(shí)用性及可靠性的特點(diǎn)。軟件設(shè)計(jì)包括鍵盤控制、步進(jìn)電機(jī)脈沖、數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示以及轉(zhuǎn)速信號采集模塊的控制程序，最終實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向及轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，并將步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度動(dòng)態(tài)顯示在 LED 數(shù)碼管上，對速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示。 系統(tǒng)由硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分組成。本系統(tǒng)采用 MSP430 作為控制單元，通過鍵盤實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向及轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，并且將步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度動(dòng)態(tài)顯示在 LED 數(shù)碼管 上。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并 不能象普通的直流電機(jī)， 交流電機(jī) 在常規(guī)下使用。僅僅處于一種盲目的仿制階段。國內(nèi)過去是用大力矩步進(jìn)電南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)床數(shù)控，有實(shí)力的公司現(xiàn)在也采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，在驅(qū)動(dòng)設(shè)備的主要差距，是國外對交流電動(dòng)機(jī)的控制理論與工程分析和應(yīng)用能力強(qiáng)，先進(jìn)的控制理論作為軟件，寫在控制器內(nèi)部。一些少數(shù)高級的應(yīng)用，就用空心轉(zhuǎn)杯電機(jī)，交流電機(jī)。至 80 年代中期以來，由于步進(jìn)電機(jī)精確模型做了大量研究工作，各種混合式步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器作為產(chǎn)品廣泛利用。 70 年代初期，步進(jìn)電機(jī)的生產(chǎn)和研究都有所突破，除反映在驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方面的長足進(jìn)步以外，對反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 本體的設(shè)計(jì)研究發(fā)展到一個(gè)較高的水平。我國在文化大革命中開始大量生產(chǎn)和應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)，例如江蘇、浙江、北京、南京、四川等各地都有投入生產(chǎn)，而且都在各行業(yè)使用，其中的驅(qū)動(dòng)電路所有半導(dǎo)體器件都是完全國產(chǎn)化的，當(dāng)時(shí)是全分立元器件構(gòu)成的邏輯運(yùn)算電路，還有電容耦合輸入的計(jì)數(shù)器，觸發(fā)器，環(huán)形分配器。在生產(chǎn)過程中要求自動(dòng)化、省人力、效率高的機(jī)器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項(xiàng)指令動(dòng)作的靈活控制性場合步進(jìn)電機(jī)用得最多。到 20 世紀(jì) 60 年代后期，在步進(jìn)電機(jī)本體方面隨著永磁材料的發(fā)展，各種實(shí)用性步進(jìn)電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。 步進(jìn)電機(jī)的原始模型起源于 1830 年至 1860 年， 1870 年前后開始以控制為目的的嘗試，應(yīng)用于氬弧燈的電極輸送機(jī)構(gòu)中，這被認(rèn)為最早的步進(jìn)電機(jī)。單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、數(shù)控機(jī)床、組 合機(jī)床、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、照相機(jī)，大型望遠(yuǎn)鏡，衛(wèi)星天線定位系統(tǒng)等等?？刂坪诵牟捎?MSP430 單片機(jī)，它以其獨(dú)特的低耗能，強(qiáng)大的中斷控制，當(dāng)然其易編程也是不可多得的優(yōu)點(diǎn)為此，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)動(dòng)方向的高效控制。它廣泛用于消費(fèi)類產(chǎn)品（打印機(jī)、照相機(jī)、雕刻機(jī)）、工業(yè)控制（數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人）、醫(yī)療器械等機(jī)電產(chǎn)品中。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、控制方便。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度 (稱為“步距角” )，它的旋轉(zhuǎn)是以 固定的角度一步一步運(yùn)行的。 隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是最常見的一種控制電機(jī)，在各領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。 關(guān)鍵詞： 步進(jìn)電機(jī) MSP430 單片機(jī) 角位移 轉(zhuǎn)速控制 方向控制 III Abstract With the development of microelectronics and puter technology, increasing demand for stepper motor, which is widely used in printers, electronic toys and consumer products such as CNC machine tools, industrial robots, medical equipment and electrical products, and its various national fields are applied. Of stepper motor control system to improve the control accuracy and response speed, energy conservation and so important. This design is used MSP430 of Stepping motor control, through the IO port as a square wave output of the timing of step motor control signal, the signal through the ULN2020 driver chip stepper motor。軟件采用在 IAR for MSP430 軟件環(huán)境下編輯的 C語言。其中，硬件設(shè)計(jì)包括 MSP430 單片機(jī)的電源模塊、鍵盤控制模塊、測速模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)（集成達(dá)林頓 ULN2020）模塊、數(shù)碼顯示（ SM420361K 數(shù)碼管）模塊 6 個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)，以及各模塊在電路板上的有機(jī)結(jié)合而實(shí)現(xiàn)。 本設(shè)計(jì) 是 采用 MSP430 單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)的控制， 通過 I/O 口輸出的時(shí)序方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號，信號經(jīng)過芯片 ULN2020 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)；同時(shí)，用 4個(gè)按鍵來對電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制，并用 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 I 基于 MSP430 步進(jìn)電機(jī)控制器的設(shè)計(jì) II 摘 要 隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，它廣泛用于打印機(jī)、電動(dòng)玩具等消費(fèi)類產(chǎn)品以及數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療器械等機(jī)電產(chǎn)品中，其在各個(gè)