基于MSP430G2231實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)控制

1、msp430g2系列l(wèi)aunchpad開發(fā)板應(yīng)用實(shí)例作品基于msp430g2231實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)控制張旭美國德州儀器半導(dǎo)體技術(shù)上海（有限）公司西安電子科技大學(xué)msp430單片機(jī)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室2011年12月目錄第一章作品概述1第一節(jié)基本情況1第二節(jié)軟硬件總體設(shè)計(jì)方案1第二章作品硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3第一節(jié)msp430g2系列l(wèi)aunchpad開發(fā)板組成及硬件資源情況介紹3第二節(jié)關(guān)鍵器件選型以及性能指標(biāo)參數(shù)4第三節(jié)系統(tǒng)原理圖和單元電路介紹6第四節(jié)pcb板與系統(tǒng)元器件清單9第五節(jié)pcb板設(shè)計(jì)要求和注意事項(xiàng)11第六節(jié)安裝調(diào)試注意事項(xiàng)11第三章作品軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)14第一節(jié)程序流程圖介紹14第二節(jié)子程序介紹15第三節(jié)

2、程序調(diào)試19第四章總結(jié)與思考22第一章 作品概述第一節(jié) 基本情況msp430g2系列l(wèi)aunchpad是ti推出的一款低成本的開發(fā)平臺(tái)。它適用于適用于ti 最新msp430g2xx 系列產(chǎn)品，其基于usb 的集成型仿真器可提供為全系列msp430g2xx 器件開發(fā)應(yīng)用所必需的所有軟、硬件。本作品選擇msp430g2231為launchpad核心板的單片機(jī)，采用launchpad核心板加底板的形式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的四相四拍和四相八拍控制，并實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，并且用數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)速度的百分比。第二節(jié) 軟硬件總體設(shè)計(jì)方案本作品選擇msp430g2231為launchpad核

3、心板的單片機(jī)，采用launchpad核心板加底板的形式，對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制?；?，即滑動(dòng)變阻器，用來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，本系統(tǒng)共有兩個(gè)撥動(dòng)按鍵，一個(gè)撥動(dòng)按鍵用來選擇步進(jìn)電機(jī)的模式，如四相八拍或四相四拍，另一個(gè)撥動(dòng)按鍵用來控制轉(zhuǎn)動(dòng)方向。數(shù)碼管可用來顯示模式和方向，以及轉(zhuǎn)速的百分比。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如下圖1.2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，只需設(shè)計(jì)外圍電路，留出與launchpad核心板的接口即可，既節(jié)約了設(shè)計(jì)時(shí)間，又節(jié)省了成本，而且無需額外購買仿真器，從而使設(shè)計(jì)成本到達(dá)最低。在軟件設(shè)計(jì)方面，可充分利用g2系列單片機(jī)的各個(gè)功能模塊，如時(shí)鐘系統(tǒng)、ta定時(shí)器、adc10模數(shù)轉(zhuǎn)換器，看門狗，以及io口

4、中斷等資源，設(shè)計(jì)出高效率、低功耗、結(jié)構(gòu)緊湊而又功能強(qiáng)大的產(chǎn)品。第二章 作品硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié) msp430g2系列l(wèi)aunchpad開發(fā)板組成及硬件資源情況介紹msp430g2系列l(wèi)aunchpad是ti推出的一款低成本的開發(fā)平臺(tái)。它適用于適用于ti 最新msp430g2xx 系列產(chǎn)品，其基于usb 的集成型仿真器可提供為全系列msp430g2xx 器件開發(fā)應(yīng)用所必需的所有軟、硬件。launchpad 具有集成的dip 目標(biāo)插座，可支持多達(dá)20 個(gè)引腳，從而使msp430 value line 器件能夠簡(jiǎn)便地插入launchpad 電路板中。此外，其還可提供板上flash 仿真工具，以直接連接

5、至pc 輕松進(jìn)行編程、調(diào)試和評(píng)估。launchpad 試驗(yàn)板還能夠?qū)z430-rf2500t 目標(biāo)板、ez430-chronos 手表模塊ez430-f2012t/f2013t 目標(biāo)板進(jìn)行編程。此外，它還提供了從msp430g2xx 器件到主機(jī)pc 或相連目標(biāo)板的9600 波特uart 串行連接。其實(shí)物圖如圖2.1所示。圖2.1.1 msp430g2系列l(wèi)aunchpad開發(fā)板實(shí)物圖msp430g2系列l(wèi)aunchpad開發(fā)板硬件資源： usb 調(diào)試與編程接口無需驅(qū)動(dòng)即可安裝使用，且具備高達(dá)9600 波特的uart 串行通信速度 支持所有采用pdip14 或pdip20 封裝的msp430g

6、2xx 和msp430f20xx 器件 分別連接至綠光和紅光led 的兩個(gè)通用數(shù)字i/o 引腳可提供視覺反饋 兩個(gè)按鈕可實(shí)現(xiàn)用戶反饋和芯片復(fù)位 器件引腳可通過插座引出，既可以方便的用于調(diào)試，也可用來添加定制的擴(kuò)展板 高質(zhì)量的20 引腳dip 插座，可輕松簡(jiǎn)便地插入目標(biāo)器件或?qū)⑵湟瞥诙?jié) 關(guān)鍵器件選型以及性能指標(biāo)參數(shù)一、 步進(jìn)電機(jī)本作品選用的是常州市德利來電器有限公司生產(chǎn)的35by48bh10型步進(jìn)電機(jī)，其技術(shù)數(shù)據(jù)、接線圖、外形圖和實(shí)物圖如下所示。1. 技術(shù)數(shù)據(jù)型號(hào)步矩角相數(shù)電壓電流電阻電感(400hz)最大靜轉(zhuǎn)矩 定位轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)動(dòng)慣量引線規(guī)格35by48bh107.54120.286422540

7、0907.9ul1095 awg282. 接線圖 & 外形圖 & 實(shí)物圖 圖 二.1接線圖 圖 二.2 外形圖 圖 二.3 實(shí)物圖二、 l298n作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)的核心器件，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的選型對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和性能都起著至關(guān)重要的作用。本作品中選用了意法半導(dǎo)體st生產(chǎn)的l298n電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。其關(guān)鍵指標(biāo)如下：圖2.2.1 l298n實(shí)物圖1. 供電電壓可高達(dá)46v，直流電流可達(dá)4a。完全滿足步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求。2. 低飽和電壓。3. 過熱保護(hù)。4. 邏輯0輸入電壓可達(dá)1.5v，可有效抑制噪聲；邏輯1輸入電壓可低至2.3v，所以可以用430單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。綜上可見，l298n電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片可以完全滿

8、足本作品的要求。三、 max7219由于io引腳有限，所以采用串行方式控制數(shù)碼管，數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片選擇max7219，它最多能驅(qū)動(dòng)8位數(shù)碼管，能獨(dú)立完成刷新掃描而不需要單片機(jī)的參與，每位獨(dú)立控制，內(nèi)部有解碼器，可選擇解碼和不解碼兩種方式，亮度可以通過數(shù)字或模擬方式控制。從各個(gè)方面來講，它都是本例的最佳選擇。圖2.2.1 max7219實(shí)物圖第三節(jié) 系統(tǒng)原理圖和單元電路介紹系統(tǒng)主要由單片機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，控制電路，電源電路以及數(shù)碼管顯示電路組成，系統(tǒng)原理圖如圖2.3.1所示。圖2.3.1 系統(tǒng)原理圖下面是各個(gè)模塊的具體介紹：1. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊因?yàn)閘298n邏輯1輸入電壓可低至2.3v，所以可以用4

9、30單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，in1、in2、in3和in4接到單片機(jī)管腳上。vss接供電電壓，vs接輸入邏輯電壓，可接3.3v，本例為了走線方便，直接接5v。en a和en b接高電平，i sen a、i sen b通過一個(gè)小電阻接地，目的是限制負(fù)載電流過大，out1、out2、out3和out4直接接步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)殡姍C(jī)的感性器件，電流不能突變，所以接上8個(gè)二極管以保護(hù)電源。另外在vss和vs附近必須接一個(gè)100uf的電容，當(dāng)這個(gè)大電容離器件太遠(yuǎn)時(shí)，必須在近處再接一個(gè)小電容。圖2.3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊2. 電機(jī)控制模塊如圖所示，滑變用來控制電機(jī)的速度，speed接到單片機(jī)的a7腳上，通過測(cè)量電壓值，計(jì)

10、算出恰當(dāng)?shù)难訒r(shí)時(shí)間，達(dá)到控制速度的目的。轉(zhuǎn)動(dòng)方向和mode用來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向和模式，即選擇四相四拍或四相八拍模式。圖2.3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3. 數(shù)碼管顯示模塊由于io引腳有限，所以采用串行方式控制數(shù)碼管，數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片選擇max7219，它最多能驅(qū)動(dòng)8位數(shù)碼管，能獨(dú)立完成刷新掃描而不需要單片機(jī)的參與，每位獨(dú)立控制，內(nèi)部有解碼器，可選擇解碼和不解碼兩種方式，亮度可以通過數(shù)字或模擬方式控制。從各個(gè)方面來講，它都是本例的最佳選擇。圖2.3.4 電平轉(zhuǎn)換模塊圖2.3.5 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)模塊圖2.3.6 數(shù)碼管注意在使用時(shí)必須在該芯片附近接一個(gè)大電容，比如4.7uf。由于它是5v邏輯電平，而msp430是

11、3.3v電平，所以用74hc573進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。數(shù)碼管用的是共陰極四位數(shù)碼管，這是由驅(qū)動(dòng)芯片max7219決定的。第四節(jié) pcb板與系統(tǒng)元器件清單1. pcb板圖2.4.1 pcb板正面圖2.4.2 pcb板背面2. 系統(tǒng)元件清單如表2.4.1所示。表2.4.1 元件清單commentdescriptionlibrefquantityspeedpotention meterpot_control1104capacitorcap310kresistorres2447kresistorres2150rresistorres22led8_x4四位數(shù)碼管led8_x4174hc573電平轉(zhuǎn)換芯片74h

12、c5731max7219digital led drivermax72191in4007二極管in40078msp430g2231dip-14msp430g2x311heat sink-298散熱片heat sink-2981on/off帶自鎖的按鍵key_lock1l298ndual full bridge driverl298n15vheader, 2-pinheader 21100ufcapacitorcapacitor pol14.7ufcapacitorcapacitor pol1stepping moter步進(jìn)電機(jī)stepping moter1direction轉(zhuǎn)向sw spdt1

13、mode模式sw spdt1第五節(jié) pcb板設(shè)計(jì)要求和注意事項(xiàng)由于是大功率器件，所以100uf電容必須離芯片越近越好，否則應(yīng)再在l298n附近加上一個(gè)小電容，此外二極管也必須離芯片輸出引腳越近越好。max7219的電容也應(yīng)該離芯片越近越好。第六節(jié) 安裝調(diào)試注意事項(xiàng)由于是大功率器件，所以要加散熱片，安裝時(shí)就先焊散熱片，再插入l298n，用螺絲固定到散熱片上后，再焊l298n的各個(gè)管腳。安裝好的實(shí)驗(yàn)板、插上laundrypad核心板后的實(shí)驗(yàn)板，以及連接上步進(jìn)電機(jī)的實(shí)驗(yàn)板如下圖所示。圖 六.1安裝好的板子圖 六.2插上laundrypad核心板后的實(shí)驗(yàn)板圖 六.3 連接上步進(jìn)電機(jī)的實(shí)驗(yàn)板第三章 作品

14、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié) 程序流程圖介紹本作品軟件程序通過單片機(jī)p1.0、p1.1、p1.2和p1.3依次輸出高或低產(chǎn)生一定的相序來驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)；而轉(zhuǎn)向和模式是通過重復(fù)掃描相應(yīng)按鍵，判斷其相應(yīng)的高低從而對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和模式進(jìn)行控制。系統(tǒng)流程圖如圖3.1.1所示。圖3.1.1 系統(tǒng)流程圖通過ad對(duì)滑變的電壓值的采樣來決定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的快慢，這部分是在ad中斷中進(jìn)行的。ad中斷服務(wù)子程序如圖3.1.2所示。圖3.1.2 中斷服務(wù)子程序程序流程說明：處理數(shù)據(jù)和顯示轉(zhuǎn)速百分比是放在主循環(huán)里的，但是為了邏輯上了連續(xù)，把它們放到后面和中斷服務(wù)子程序一起介紹。第二節(jié) 子程序介紹1.初始化函數(shù)初始化

15、函數(shù)用于設(shè)置系統(tǒng)的時(shí)鐘、io的配置，各個(gè)模塊的配置，以及各個(gè)功能模塊的初始化，只在系統(tǒng)初始化執(zhí)行一遍，正面僅出幾個(gè)重要的初始化函數(shù)的源代碼，其余的讀者可以自己根據(jù)需要編寫：（1） 函數(shù)名：void init_clk();輸入輸出變量：無功能：時(shí)鐘配置（2） 函數(shù)名：void init_io();輸入輸出變量：無功能：io配置（3） 函數(shù)名：void configi_adc();輸入輸出變量：無功能：adc配置void configi_adc() /* configure adc channel 7 */ adc10ctl1 = inch_7 + adc10div_3; / adc10clk/4

16、 adc10ctl0 = sref_1 + adc10sht_3 + refon + adc10on + adc10ie; _delay_cycles(100); / wait for adc ref to settle （4） 函數(shù)名：void adc_sample();輸入輸出變量：無功能：開始ad采樣void adc_sample() adc10ctl0 |= enc + adc10sc; / sampling and conversion start（5） 函數(shù)名：函數(shù)名：void init_max7219();輸入輸出變量：無功能：配置max7219的工作模式void init_ma

17、x7219(void) write_max7219(shut_down,0x01); /開啟正常工作模式（0xx1） write_max7219(display_test,0x00); /選擇工作模式（0xx0） write_max7219(decode_mode,0x00); /選用全譯碼模式 write_max7219(scan_limit,0x03); /4只led write_max7219(intensity,0x01); /設(shè)置初始亮度 2.功能子函數(shù)功能子函數(shù)用來實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，通過對(duì)按鍵的掃描實(shí)現(xiàn)電機(jī)模式和轉(zhuǎn)向的切換，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，以及相關(guān)參數(shù)在數(shù)碼管上的顯示。（1） 函數(shù)名

18、：void speedctrl(void);輸入輸出變量：無功能：計(jì)算延時(shí)系數(shù)，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)速void speedctrl() speedpercent = adc_result*12110; delay =50000l-speedpercent*500l; / 數(shù)字后面的l聲明這是一個(gè)長整型的數(shù)，不加的話系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為是一個(gè)整型數(shù) （2） 函數(shù)名：void key();輸入輸出變量：無功能：按鍵掃描，判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)向和模式（3） 函數(shù)名：void moter_driver();輸入輸出變量：無功能：電機(jī)驅(qū)動(dòng)void moter_driver() char j; if(speedpercent = 0

19、) step=8; / stop the moter else state+=direction; if(mode=2) & (state3)state=0; else if(state7)state=0; step = state * mode; for(j=0;jj); switch (step) case 0: step_a_on;break; case 1: step_a_on;step_b_on; break; case 2: step_b_on; break; case 3: step_b_on;step_c_on; break; case 4: step_c_on; break;

20、 case 5: step_c_on;step_d_on; break; case 6: step_d_on; break; case 7: step_d_on;step_a_on; break; case 8: step_all_off; break; default: step = state 1; delay(delayj); （4） 函數(shù)名：void display(char num);輸入變量：待顯示數(shù)功能：顯示一個(gè)二位數(shù)void display(char num) char dgt1,dgt2; dgt1 = num/10; dgt2 = num%10; write_max7219

21、(2,digittabdgt1); write_max7219(1,digittabdgt2);（5） 函數(shù)名：void wov(signed char pace,signed char mode);輸入變量：當(dāng)前電機(jī)位置，模式（四拍、八拍）功能：顯示電機(jī)當(dāng)前的位置和模式3. 中斷服務(wù)子程序本作品中只用到了ad中斷，在中斷中讀取ad采樣結(jié)果后退出，在主循環(huán)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以達(dá)到控制轉(zhuǎn)速的效果。ad中斷服務(wù)子程序如下：#pragma vector=adc10_vector_interrupt void adc10_isr (void) adc_result = adc10mem; adc_sample(); /開始下一次採樣第三節(jié) 程序調(diào)試1.在ccs下編寫完程序后，執(zhí)行編譯（build）圖3.3.1 編譯、調(diào)試、下載窗口2.編譯通過，執(zhí)行debug圖3.3.2 調(diào)試窗口3. 調(diào)試過程中，可在線查看變量和寄存器的值debug窗口下，自左向右依次是去掉斷點(diǎn)、全速運(yùn)行、暫停、停止、進(jìn)入、單步、匯編進(jìn)入、匯編單步、返回