步进电机控制系统的设计及其应用new

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1、第28卷第6期核技术Vol.28,No.62005年6月NUCLEARTECHNIQUESJune2005步进电机控制系统的设计及其应用11,2111敬岚朱海君张硕成乔卫民梁义海1(中国科学院近代物理研究所兰州730000)2(中国科学院研究生院北京100049)摘要介绍了基于MSP430F149单片机的步进电机控制系统的设计。在硬件部分,描述了该系统的硬件配置和工作原理;在软件部分,分析了单片机控制程序和步进电机运动的设计过程。该系统具有研制成本低且扩展好的特点,并具有软件功能强、操作使用简便等优点，满足了兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）系统中对五

2、相步进电机的各种控制要求。关键词五相步进电机，控制系统，单片机，D/A转换中图分类号TP271[3]步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或务器。总体控制包括网络通信支持系统、集群服角位移的控制电机。它的位移速度与脉冲频率成正务系统、数据库系统。前端控制服务器用来提供对比，位移量与脉冲数成正比。每来一个脉冲电压,转受控目标和装置的完全控制,它们可以接收命令和子就旋转一个步距角。根据电压脉冲的分配方式,数据，运行算法，向设备送出控制信号，返回设备步进电机各相绕组的电流轮流切换,从而使电机旋的状态和数据，提供人机界面等。按照现场要求执转。步进电机具有步进数可控、运行平稳

3、、价格便行开环或闭环控制，从而完成对冷却储存环（CSR）宜的优点，在加速器控制系统中的应用很广。电源系统、注入引出系统、内靶系统、真空系统、步进电机控制系统采用的微控制器是温度测控系统、电子冷却系统等各个分系统的监视[4]MSP430F149单片机。它是超低功耗Flash型16位测量，故障报警，操作和控制。CSR总体控制图RISC指令集单片机，具有强大的处理能力、丰富的如图1所示。片上外围模块和方便高效的开发方式，片内资源丰步进电机的控制模块主要由MCU单片机、富，功耗特别小，是MSP430系列中功能最强大的DAC转换电路、电机驱动器、D触发器、比较器、[1]。MS

4、P430F149采用"冯-纽曼"结构，RAM、[5]。一款键盘显示电路、通讯接口电路等几个单元组成ROM和全部外围模块都位于同一个地址空间内，五相步进电机的转子为永久磁铁。当电流流过具有一个硬件乘法器、1个精确的模拟比较器、2定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场个具有捕捉/比较寄存器的定时器、8路12位A/D会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场转换器、片内看门狗定时器、2个串行通信接口和方向与定子的磁场方向一致。当定子绕组矢量磁场60KB的FlashROM，2KBRAM。MSP430F149单旋转一个角度，转子也随着该磁场旋转一个角度。片机还具有强大

5、的扩展功能，具有6个I/O端口（每因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律个有8个I/O口），每个I/O口分别对应输入、输出、控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。功能选择、中断等多个寄存器，使得功能口和通用系统中的步进电机采用五相十拍驱动方式，电I/O口可以复用。MSP430F149单片机的这些片内外机的步距角为0.72º。通过比较分析，加速器控制系[2]设为控制系统的单片解决方案提供了极大方便。统中的步进电机采用双极性驱动方法，具有性价比高、惯性小、精度高等特性。1硬件系统组成2软件结构兰州重离子加速器冷却存储环（HIRFL-CSR）的控制系统由两部分构成：总

6、体控制和前端控制服本设计采用的MSP430F149单片机属于美国德——————————————HIRFL-CSR国家实验室国家“九五”重大科学工程项目第一作者：敬岚，女，1954年出生，1983年于上海工业大学（现为上海大学）获硕士学位，研究员，从事计算机控制与嵌入式技术方面的研究，jing@impcas.ac.cn收稿日期：2004-01-12，修回日期：2004-03-18480核技术第28卷图1HIRFL-CSR控制系统原理图Fig.1PrinciplediagramofHIRFL-CSRcontrolsystem州仪器（TexasInstruments）公司

7、MSP430系列。信号决定。MSP430系列是一组超低功耗的16位微控制器，由在步进电机控制系统中，通过实验发现，如果多种针对不同应用目标而以不同模块组成的型号组CP信号变化太快，步进电机由于惯性跟不上电信号成。MSP430系列单片机的代码存储空间从1K至60K的变化，这时就会产生堵转和丢步现象。所以步进不等。当程序量大于8K时，使用汇编语言会使软件电机在启动时，必须有升速过程；在停止时必须有设计工作的效率大大降低。用C语言程序设计来实减速过程。理想的升速曲线一般为指数曲线，步进现系统的应用软件开发，可以大大提高开发调试工电机整个降速过程的频率变化规律是整个升速