步进电机控制系统设计与解析

1. 系统构建原理

步进电机控制系统的核心架构由单片机核心、键盘与LED显示、驱动放大单元以及PC端控制平台四大板块构成，其中PC端平台负责软件层面的操控。为确保单片机控制系统的硬件安全，我们在其与步进电机之间增设了过流保护电路。图1展示了步进电机控制系统的整体框架。

2. 硬件电路设计解析

2.1 单片机模块

该模块以MSP430FG4618单片机为核心，辅以滤波、电源管理以及晶振等外围电路。

MSP430FG4618单片机内置8KB RAM和116KB闪存，满足控制系统存储需求；P1和P2端口在步进电机运行时，依据按键状态切换中断服务程序，调整电机工作状态；USART模块负责单片机与PC端之间的通信，实现PC对电机的控制。

2.2 键盘/LED模块

为了实现人机交互，系统集成了3x4矩阵键盘和4个8段LED数码管，用户可手动操作系统。

系统上电后，用户通过键盘输入启停、步数、转速和转向等参数，LED数码管实时显示电机转速和转向。键盘输入与LED输出由8279控制器管理，减轻单片机负担。皖南电机8279在键盘扫描时具备去抖动功能，避免误操作。图3为键盘LED模块设计框图。

2.3 驱动/放大模安徽皖南电机块

系统采用PMM8713脉冲分配器（逻辑转换器）进行步进电机控制，该CMOS集成电路具有20mA的相输出驱动能力，适用于三相或四相步进电机，提供6种激励方式。输入方式包括单时钟（带方向信号）和双时钟（正转或反转时钟）。该模皖南电机价格表块具备正反转控制、初始化复位、原点监视、激励方式监视和输入脉冲监视等功能。

3. 软件系统设计

3.1 单片机程序

通过TIMER_A（TA）定时器中断产生脉冲信号，在中断服务程序中精确计数步进电机步数和圈数，并通过PWM调节转速；P1.0端口中断用于关闭TA中断并停止电机，P1.1中断用于开启TA中断并启动电机；P3.1端口输出高电平由PMM8713的U/D端口控制电机转向；P3.0至P3.7端口连接8279的8个数据接口，单片机扫描矩阵键盘时，通过P2端口中断设置TA，实现启停、调速和转向控制，同时反馈给8279以控制LED显示转速和转向。程序流程如图5所示。

3.2 PC上位机模块

PC上位机模块负责PC对步进电机的操控。通过MSP430单片机的USART模块实现与PC的通信，PC通过串口发送控制命令至单片机，实现电机控制。单片机接收到控制命令后，与内部Flash存储的中断程序入口地址比对，匹配则进入中断，控制步进电机。操作该模块时，需开启8MHz晶振为USART模块设置波特率（9600）。安徽皖南电机皖南电机控制软件采用VB6.0编写，通过MSComm控件实现串行通讯。控制软件界面如图6所示。

4. 系统性能测试

为验证控制系统实际性能，在PMM2101输出工作电流条件下，采用能量转化法测得步进电机的*大静转矩。选取0.2A输出电流间隔，绘制步进电机*大静转矩与电流关系的静特性曲线，如图7所示，表明该控制系统设计合理。皖南电机价格表