本文選擇MSP430G2231為L(zhǎng)aunchpad核心板的單片機(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(lái)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(lái)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(lái)控制轉(zhuǎn)動(dòng)方向。數(shù)碼管可用來(lái)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

　　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(wú)需額外購(gòu)買(mǎi)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(mén)狗，以及IO口中斷等資源，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。

　　MSP430G2系列Launchpad開(kāi)發(fā)板組成及硬件資源情況介紹

　　MSP430G2系列Launchpad是TI推出的一款低成本的開(kāi)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(kāi)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Launchpad開(kāi)發(fā)板實(shí)物圖

　　MSP430G2系列Launchpad開(kāi)發(fā)板硬件資源：

　　? USB 調(diào)試與編程接口無(wú)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MSP430G2xx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(jué)反饋

　　? 兩個(gè)按鈕可實(shí)現(xiàn)用戶(hù)反饋和芯片復(fù)位

　　? 器件引腳可通過(guò)插座引出，既可以方便的用于調(diào)試，也可用來(lái)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?/p>

　　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(lái)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)

　　2. 接線圖 & 外形圖 & 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2.2.1L298N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(mǎn)足步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求。

　　2. 低飽和電壓。

　　3. 過(guò)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(jiàn)，L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片可以完全滿(mǎn)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(guò)數(shù)字或模擬方式控制。從各個(gè)方面來(lái)講，它都是本例的最佳選擇。

　　圖2.2.1 Max7219實(shí)物圖

　　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)長(zhǎng)298N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)，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(guò)一個(gè)小電阻接地，目的是限制負(fù)載電流過(guò)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。

　　2. 電機(jī)控制模塊

　　如圖所示，滑變用來(lái)控制電機(jī)的速度，Speed接到單片機(jī)的A7腳上，通過(guò)測(cè)量電壓值，計(jì)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(lái)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(guò)數(shù)字或模擬方式控制。從各個(gè)方面來(lái)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。

　　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

　　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。

　　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

　　程序流程圖介紹

　　本作品軟件程序通過(guò)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(lái)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(guò)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(guò)AD對(duì)滑變的電壓值的采樣來(lái)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

　　本作品是以MSP430G2系列Launchpad開(kāi)發(fā)平臺(tái)為核心板，加上功能模塊底板，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