ステッピングモータ制御システムブロック図と設計原理

ステッピングモータ制御システムブロック図と設計原理

1システム設計原理

ステッピングモータ制御システムは、シングルチップマイクロコンピュータ、キーボードLED、ドライブ/アンプ、PCアッパーコンピュータなどの4つのモジュールで構成されています。 PCモジュールはソフトウェア制御部です。 シングルチップ制御システムのハードウェア回路を保護するために、シングルチップマイクロコンピュータとステッピングモータとの間に過電流保護回路が追加されている。 図１はステッピングモータ制御システムのブロック図である。

2システムハードウェア回路設計

2.1シングルチップモジュール

MCUモジュールは主にMSP430FG4618 MCUと周辺フィルタ、電源管理、水晶発振器で構成されています。

MSP430FG4618 MCU内の8KBRAMと116KBFlashは、制御システムのストレージ要件を満たしています。 P1ポートとP2ポートは、ステッピングモーターの動作プロセス中にボタンの状態に応じてステッピングモーターの動作状態を変更します。 USART部署はMCUとPCを実装します。 上位コンピュータ間の通信は、ＰＣによるステッピングモータの制御を実現する。

2.2キーボード/ LEDモジュール

マンマシン対話を実現するために、システム設計は3 x 4ボタンマトリックスキーボードと4つの8セグメントLEDデジタルチューブを拡張し、それらは制御システムによって直接操作することができます。

システムの電源を入れた後、ステッピングモーターの起動と停止、ステップ数とステアリングがキーボードから入力され、ステッピングモーターの速度とステアリングがLEDチューブによって動的に表示されます。 キーボードの入力とLEDチューブの出力は8279によって制御され、これによってマイクロコントローラの作業負荷が軽減されます。

8279プログラミングはキーボードスキャン入力モードで動作し、誤ったトリガーを避けるためにキーボードを読むときにデバウンス機能を持っています。 図３はキーボードＬＥＤモジュールの設計構造のブロック図である。

2.3駆動/増幅モジュール

制御システムは、ステッピングモータ制御用のパルススプリッタ（ロジックコンバータとも呼ばれる）PMM8713を使用します。 このデバイスは、位相出力駆動能力（ソース電流またはシンク電力）が20mAのCMOS集積回路です。 三相または四相の制御に適しています。 ステッピングモータは、次の6種類の励磁モードを選択することができます。三相ステッピング電気進み：1相、2相、1-2相。 四相ステッピング電気進み：1相、2相、1-2相。 入力モードは、正転/逆転制御、イニシャルリセット、原点監視、励磁モード監視、入力パルス監視などの機能で、シングルクロック（プラス方向信号）とデュアルクロック（正転または逆転クロック）から選択できます。

3システムソフトウェア設計

3.1マイクロコントローラプログラム

タイマはシングルチップマイクロコンピュータのタイマTIMER_A（TA）割り込みによって生成され、ステッピングモータのステップ数と回転数の正確なカウントは応答割り込みプログラムで実現され、速度制御はPWMによって実現されます。 P1.0ポートの割り込みはTA割り込みをオフにするために使用されます。 プログラムはスタックにプッシュされてモーターを停止します。 P1.1割り込みはTA割り込みをオンにし、スタックはプログラムカウンタ（PC）にプッシュし、モーターをオンにします。 P3.1ポートは、PMM8713のU / Dポートで制御されるハイレベルを出力します。 ; MCUがキーを押してマトリックスキーボードをスキャンするとき、8279 8データインターフェースに接続されたP3.0〜P3.7ポート、TAを設定するためにP2ポート割り込みを使用して、TAの設定、開始と停止、速度とステアリングなど。 feedback 8279にLEDチューブの表示速度とステアリングを制御させます。 プログラムの流れを図5に示します。

3.2PCホストコンピュータモジュール

ＰＣホストコンピュータモジュールは、ＰＣによるステッピングモータの制御を実現する。 MSP430シングルチップマイクロコンピュータのUSARTモジュールを使用してPCホストコンピュータとの通信を実現し、PCはシリアルポートを介してシングルチップマイクロコンピュータに制御コマンドを送信してモータ制御を実現します。

MCUが受信した制御コマンドは一旦RXBUFFERに格納され、内蔵フラッシュに格納されている割り込みプログラムのエントリアドレスと比較され、同じ割り込みが入力されてステッピングモータの制御が実現されます。 このモジュールを操作するときは、USARTモジュールのボーレートを設定するために8MHzクリスタルをオンにする必要があります（ボーレートを9600に設定します）。

制御ソフトウェアはVB6.0によって書かれ、シリアル通信機能を実行するためにMSComm制御を使用します。 その制御ソフトウェアインターフェースを図6に示します。

4システムテスト

制御システムの実際の動作状態を検証するために、PMM2101の出力電流を前提にして、ステッピングモータから出力される最大静的トルクをエネルギー変換法で測定します。 最大静止トルクとステッピングモータの電流との関係の静特性曲線は、０．２Ａの出力電流間隔を選択することによって測定される。 図7に示すように、制御システムの設計は合理的です。