本文選擇MSP430G2231為Launchpad核心板的單片機，采用Launchpad核心板加底板的形式，對步進電機進行控制。滑變，即滑動變阻器，用來控制電機的轉(zhuǎn)速，本系統(tǒng)共有兩個撥動按鍵，一個撥動按鍵用來選擇步進電機的模式，如四相八拍或四相四拍，另一個撥動按鍵用來控制轉(zhuǎn)動方向。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)計框圖

　　在硬件設(shè)計時，只需設(shè)計外圍電路，留出與Launchpad核心板的接口即可，既節(jié)約了設(shè)計時間，又節(jié)省了成本，而且無需額外購買仿真器，從而使設(shè)計成本到達最低。

　　在軟件設(shè)計方面，可充分利用G2系列單片機的各個功能模塊，如時鐘系統(tǒng)、TA定時器、ADC10模數(shù)轉(zhuǎn)換器，看門狗，以及IO口中斷等資源，設(shè)計出高效率、低功耗、結(jié)構(gòu)緊湊而又功能強大的產(chǎn)品。

　　MSP430G2系列Launchpad開發(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發(fā)平臺。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 目標插座，可支持多達20 個引腳，從而使MSP430 Value Line 器件能夠簡便地插入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 輕松進行編程、調(diào)試和評估。LaunchPad 試驗板還能夠?qū)Z430-RF2500T 目標板、eZ430-Chronos 手表模塊eZ430-F2012T/F2013T 目標板進行編程。此外，它還提供了從MSP430G2xx 器件到主機PC 或相連目標板的9600 波特UART 串行連接。其實物圖如圖2.1所示。

　　圖2.1.1 MSP430G2系列Launchpad開發(fā)板實物圖

　　MSP430G2系列Launchpad開發(fā)板硬件資源：

　　? USB 調(diào)試與編程接口無需驅(qū)動即可安裝使用，且具備高達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 的兩個通用數(shù)字I/O 引腳可提供視覺反饋

　　? 兩個按鈕可實現(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展板

　　? 高質(zhì)量的20 引腳DIP 插座，可輕松簡便地插入目標器件或?qū)⑵湟瞥?/p>

　　關(guān)鍵器件選型以及性能指標參數(shù)

　　一、步進電機

　　本作品選用的是常州市德利來電器有限公司生產(chǎn)的35BY48BH10型步進電機，其技術(shù)數(shù)據(jù)、接線圖、外形圖和實物圖如下所示。

　　1. 技術(shù)數(shù)據(jù)

　　2. 接線圖 & 外形圖 & 實物圖

　　二、L298N

　　作為電機驅(qū)動的核心器件，電機驅(qū)動芯片的選型對整個系統(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電機驅(qū)動芯片。其關(guān)鍵指標如下：

　　圖2.2.1L298N實物圖

　　1. 供電電壓可高達46V，直流電流可達4A。完全滿足步進電機的驅(qū)動要求。

　　2. 低飽和電壓。

　　3. 過熱保護。

　　4. 邏輯0輸入電壓可達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單片機直接驅(qū)動。

　　綜上可見，L298N電機驅(qū)動芯片可以完全滿足本作品的要求。

　　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)動芯片選擇Max7219，它最多能驅(qū)動8位數(shù)碼管，能獨立完成刷新掃描而不需要單片機的參與，每位獨立控制，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。從各個方面來講，它都是本例的最佳選擇。

　　圖2.2.1 Max7219實物圖

　　系統(tǒng)主要由單片機，電機驅(qū)動電路，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

　　下面是各個模塊的具體介紹：

　　1.電機驅(qū)動模塊

　　因為L298N邏輯1輸入電壓可低至2.3V，所以可以用430單片機直接驅(qū)動，IN1、IN2、IN3和IN4接到單片機管腳上。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通過一個小電阻接地，目的是限制負載電流過大，OUT1、OUT2、OUT3和OUT4直接接步進電機，因為電機的感性器件，電流不能突變，所以接上8個二極管以保護電源。另外在Vss和Vs附近必須接一個100uF的電容，當這個大電容離器件太遠時，必須在近處再接一個小電容。

　　2. 電機控制模塊

　　如圖所示，滑變用來控制電機的速度，Speed接到單片機的A7腳上，通過測量電壓值，計算出恰當?shù)难訒r時間，達到控制速度的目的。

　　轉(zhuǎn)動方向和Mode用來改變電機的轉(zhuǎn)向和模式，即選擇四相四拍或四相八拍模式。

　　圖2.3.3電機驅(qū)動模塊

　　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)動芯片選擇Max7219，它最多能驅(qū)動8位數(shù)碼管，能獨立完成刷新掃描而不需要單片機的參與，每位獨立控制，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)動模塊

　　圖2.3.6數(shù)碼管

　　注意在使用時必須在該芯片附近接一個大電容，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)計要求和注意事項

　　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

　　由于是大功率器件，所以要加散熱片，安裝時就先焊散熱片，再插入L298N，用螺絲固定到散熱片上后，再焊L298N的各個管腳。安裝好的實驗板、插上Laundrypad核心板后的實驗板，以及連接上步進電機的實驗板如下圖所示。

　　圖六.1 安裝好的板子

　　圖六.2插上Laundrypad核心板后的實驗板

　　圖 六.3連接上步進電機的實驗板

　　程序流程圖介紹

　　本作品軟件程序通過單片機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)動電機驅(qū)動芯片，進而驅(qū)動步進電機；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)的高低從而對電機的轉(zhuǎn)向和模式進行控制。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對滑變的電壓值的采樣來決定轉(zhuǎn)動速度的快慢，這部分是在AD中斷中進行的。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開發(fā)平臺為核心板，加上功能模塊底板，實現(xiàn)了對步進電機的四相四拍和四相八拍控制，并實現(xiàn)了轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動速度的控制，并且用數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動速度的百分比