【正文】 本實(shí)驗(yàn)步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù) 本實(shí)驗(yàn)選用了型號為28BYJ48的步進(jìn)電機(jī)，它的外形圖如圖24所示，其基本參數(shù)如表22所示。常用m表示。步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。四拍運(yùn)行時步距角為θ=360度/（50*4）=（俗稱整步），八拍運(yùn)行時步距角為θ=360度/（50*8）=（俗稱半步）。靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。 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)，但過分采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。用百分比表示：誤差/步距角*100%。失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動是不能解決的。最大空載的運(yùn)行頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動電壓，采用小電感大電流的電機(jī)。電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制：當(dāng)電機(jī)繞組通電時序?yàn)锳BBCCDDA時為正轉(zhuǎn)，通電時序?yàn)镈ACDBCAB時為反轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。步進(jìn)電機(jī)有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。轉(zhuǎn)動的速度和脈沖的頻率成正比。步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動和急速停止的優(yōu)越特性。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)為動力核心。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的性能，除與電機(jī)本身的性能有關(guān)外，也在很大程度上取決于驅(qū)動器的優(yōu)劣。步進(jìn)電機(jī)控制器發(fā)出步進(jìn)脈沖和方向信號，每發(fā)出一個脈沖，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子前進(jìn)一個步距角。通常，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器由邏輯控制電路，功率驅(qū)動電路，保護(hù)電路和電源組成。控制電路輸出的信號功率很低，不能提供步進(jìn)電機(jī)所需的輸出功率，必須進(jìn)行功率放大，這就是步進(jìn)電機(jī)的功率驅(qū)動部分。保護(hù)電路在出現(xiàn)短路，過載，過熱等故障情況下迅速停止驅(qū)動器和電機(jī)的運(yùn)行。第三章 MSP430G2553芯片及其引腳功能介紹近年來，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。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。由于單片機(jī)的高度集成化縮短了系統(tǒng)內(nèi)的信號傳送距離，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)過程及設(shè)備過程得到廣泛應(yīng)用。圖31 典型單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 MSP430G2553型單片機(jī)概述MSP430G2553外設(shè)：（1）通用I/O：可獨(dú)立編程；可提供輸入輸出和中斷的任意組合；所有尋址指令可對端口寄存器進(jìn)行讀寫訪問；每個I/O具有一個可編程的上拉/下拉電阻；某些器件或引腳具有觸摸按鍵模塊。（3）WDT+看門狗定時器。（5）串行通信：支持I178。（6）Comparator_A：可設(shè)定反相和同相輸入；可選的RC輸出濾波器；可直接輸出至Timer_A2捕獲輸入；具有中斷能力。通用I/O（P端口寄存器）：（1）PXDIR輸入/輸出方向寄存器（0：輸入模式，1：輸出模式）；（2）PXIN輸入寄存器，輸入寄存器是只讀寄存器，用戶不能對其寫入，只能通過讀取該寄存器的內(nèi)容知道I/O口的輸入信號。以保證中斷請求被接受。所有P口都可以作為通用I/O口使用；所有P口都可以進(jìn)行字節(jié)操作和位操作。（2）中斷的一般設(shè)置：打開關(guān)閉局部中斷；打開關(guān)閉全局中斷；中斷的嵌套。串行異步通信的主要特點(diǎn)：（1）兩個獨(dú)立的移位寄存器:輸入/輸出寄存器（2）傳輸7位或8位數(shù)據(jù)，可采用奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)（3）數(shù)據(jù)在發(fā)送或接受時低位在先（4）獨(dú)立的發(fā)送或接受中斷（5）可編程實(shí)現(xiàn)分頻因子為整數(shù)或小數(shù)的波特率。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。16位的數(shù)據(jù)寬度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法（如 fft 等）。因而可使其在1MHz 的時鐘條件下運(yùn)行時，芯片的電流最低會在165μA左右，RAM 。在 MSP430 系列中有兩個不同的時鐘系統(tǒng)：基本時鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)（FLL 和FLL+）時鐘系統(tǒng)和DCO數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)。由系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時鐘。1 2 超低功耗：（1）運(yùn)行模式 *10^8（A）（2）待機(jī)模式 *10^6（A）（3）關(guān)閉模式 *10^6（A）3 五種節(jié)能模式4 可在不到1*10^6（s）的時間內(nèi)從待機(jī)模式喚醒5 基本時鐘模塊配置：具有四種校準(zhǔn)頻率并有高達(dá)16MHz的內(nèi)部頻率內(nèi)部超低功耗低頻振蕩器32kHz晶體外部數(shù)字時鐘源。其基于USB的集成型仿真器可提供為全系列MSP430G2xxx器件開發(fā)應(yīng)用所必需的所有軟、硬件。此外，還可以提供板上FLASH仿真工具，以直接連接至PC，輕松進(jìn)行編程和調(diào)試。設(shè)置MSP430單片機(jī)內(nèi)部的定時器實(shí)現(xiàn)了對于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。因此，此結(jié)果可以應(yīng)用于遙控壁掛式空調(diào)的風(fēng)門的運(yùn)動，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。若按鍵被按下，再經(jīng)過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路功率放大后，通過這兩個按鍵分別來實(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，即用中斷定時器控制轉(zhuǎn)速。 圖42 壁掛式風(fēng)門鍵盤控制模塊包括方向控制鍵、啟停鍵。 按鍵功能的簡單介紹鍵盤在單片機(jī)的應(yīng)用中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等的功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段之一。鍵盤所用的開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，結(jié)合了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。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。高電平表示按鍵斷開，低電平表示按鍵閉合狀態(tài)。為了確保單片機(jī)對一次按鍵動作只確認(rèn)一次按鍵，必須消除抖動的影響。由于硬件消抖電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，本設(shè)計(jì)只做簡單敘述；軟件消抖適合按鍵較多的情況，方便簡單。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。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(jī)的誤讀。硬件消抖電路如圖44所示。通過以上分析便知，軟件消抖無論在操作上或者成本上都優(yōu)于硬件消抖，所以我們采用軟件消抖。ULN2003的七個NPN達(dá)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(jī)和其他類似負(fù)載間的接口的理想器件。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。 ULN2003芯片的引腳介紹：引腳1：CPU脈沖輸入端，端口對應(yīng)一個信號輸出端。引腳3：CPU脈沖輸入端。引腳5：CPU脈沖輸入端。引腳7：CPU脈沖輸入端。 引腳9：該腳是內(nèi)部7個續(xù)流二極管負(fù)極的公共端，各二極管的正極分別接各達(dá)林頓管的集電極。如果該腳接地,實(shí)際上就是達(dá)林頓管的集電極對地接通。 引腳11：脈沖信號輸出端，對應(yīng)6腳信號輸入端。 引腳13：脈沖信號輸出端，對應(yīng)4腳信號輸入端。 引腳15：脈沖信號輸出端，對應(yīng)2腳信號輸入端。它的管腳連接圖與芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖45與46所示： 圖45 ULN2003管腳連接圖圖46 ULN2003芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) ULN2003芯片的特點(diǎn)和功能ULN2003芯片是高耐壓，大電流達(dá)林頓陣列，它由7組達(dá)林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)和鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它具有同時驅(qū)動7組負(fù)載的能力，是單片雙極型大功率高速集成電路。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。ULN2003 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(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003 采用DIP—16 或SOP—16 塑料封裝。可直接驅(qū)動繼電器等負(fù)載。ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列,由七個硅NPN達(dá)林頓管組成。ULN2003 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)動的系統(tǒng) ULN2003步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路與步進(jìn)電機(jī)的結(jié)合首先介紹ULN2003步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路板模塊的各個功能，如圖47所示圖47 ULN2003步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路板模塊圖48 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動原理圖從原理圖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ULN2003芯片的輸入端輸入，輸入端口分別為IN1,IN2，IN3，IN4。此外，ULN2003芯片還要外接5V電源，獨(dú)立供電。圖49 系統(tǒng)實(shí)物圖第五章 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)平臺CCS（Code Composer Studio）是TI公司研發(fā)的一款具有環(huán)境配置、源文件編輯、程序調(diào)試、跟蹤和分析等功能的集成開發(fā)環(huán)境，能夠幫助用戶在一個軟件環(huán)境下完成編輯、編譯、鏈接、調(diào)試和數(shù)據(jù)分析等工作。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）。 它包含適用于每個 TI 器件系列的編譯器、源碼編輯器、項(xiàng)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。 借助于精密的高效工具，用戶能夠利用熟悉的工具和界面快速上手并將功能添加至他們的應(yīng)用。 該描述器使開發(fā)人員能夠在他們 的應(yīng)用中輕松描述指令周期或其它事件（例如高速緩沖存儲器未命中數(shù)/命中數(shù)、管道拖延和分支）的所有 C/C++ 函數(shù)。 描述可用于任何組合形式的匯編、C++ 或 C 代碼。CCSV5軟件開發(fā)環(huán)境界面如圖51所示。 //步進(jìn)馬達(dá)步序,將在Switch包含的語句中得到體現(xiàn)。//初始變量的賦值。// 初始變量的賦值。void SetMotorzheng()。//子函數(shù)設(shè)定電機(jī)反轉(zhuǎn)進(jìn)入主函數(shù)：void main(void){WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD。P1DIR |= 0x17。P1REN |= 0x08。P2DIR |= 0x00。P2REN |= 0x01。 CCTL0 = CCIE。CCR0 = 5000。// SMCLK, contmode。// Enter LPM0 w/ interrupt。確認(rèn)一下MotorStep確實(shí)給低電平。0x08。key2=P2INamp。key2同上。{SetMotorzheng()。}else if(key2==0) 若key2為低電平。//就調(diào)用SetMotorfan()子函數(shù)。 if(TIM)//利用Timer A0 interrupt service routine中斷程序，可以調(diào)整單片機(jī)I/O口是否與驅(qū)動器的IN導(dǎo)通，即完成調(diào)速的功能。 //將A相設(shè)為低電平，其他B,C,D為高電平。//下次調(diào)用子函數(shù)時，進(jìn)入Case 1。//使TIM為0，在中斷程序中繼續(xù)判斷，下一次變?yōu)?時執(zhí)行IF語句。跳出Switch語句。 MotorStep = 2。 } break。 MotorStep = 3。 } break。 MotorStep = 4。 } break。 MotorStep = 5。 } break。 MotorStep = 6。 } break。 MotorStep = 7。 } break。 MotorStep = 0。 } break。{ switch(MotorStep) { case 7: if(TIM){ P1OUT = 0x1A。 TIM=0。case 6: // AB if(TIM){ P1OUT = 0x14。 TIM=0。case 5: //B if(TIM) { P1OUT = 0x15。 TIM=0。 MotorStep = 5。 } break。 MotorStep = 4。 } break。 MotorStep = 3。 } break。 MotorStep = 2。 } break。 MotorStep = 1。 } Break。定時器中斷：pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR__interrupt void Timer_A (void){// Toggle //CCR0 = 50000。//CT數(shù)值加一。{TIM=1。 CT=0。 }}程序流程圖如圖52所示。導(dǎo)致按鍵無法使用，后發(fā)現(xiàn)問題經(jīng)過調(diào)整P1DIR |= 0x17。后發(fā)現(xiàn)將其值設(shè)置較高，避開振動臨界值define speed 4。由于先前沒有用萬用表檢測MSP430單片機(jī)電路板的好壞。解決方法：對P1口進(jìn)行整體賦值即key1=P1INamp。也可以達(dá)到想要的結(jié)果。首先感謝張老師每周都對我們畢設(shè)進(jìn)度的詢