一种步进电机控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及步进电机技术领域，更具体涉及一种步进电机控制系统。
【背景技术】
[0002] I2C总线是两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制 领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简 单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。现有的控制方式以及接线方式复杂，并效率低。 【实用新型内容】
[0003] (一）要解决的技术问题
[0004] 本实用新型要解决的技术问题是如何通过一个主控制器同时控制多台步进电机 的运转。
[0005] (二）技术方案
[0006] 为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种步进电机控制系统，所述系统包 括一个主控制器、多个从控制器、多个步进电机驱动器以及多个步进电机；
[0007] 所述主控制器包括USCI串行通信模块，所述USCI串行通信模块通过I2C总线与 每一个所述从控制器连接；每一个所述从控制器均通过信号输出端口与一个所述步进电机 驱动器的信号输入端口连接，每一个所述步进电机驱动器均连接一个所述步进电机。
[0008] 优选地，所述USCI串行通信模块通过I2C总线的串行数据线与所述从控制器的数 据传输端口连接，通过I 2C总线的串行时钟线与所述从控制器的时钟接收端口连接。
[0009] 优选地，所述串行时钟线以及串行数据线分别通过一个上拉电阻与所述主控制器 的电源输入端口连接。
[0010] 优选地，所述主控制器为单片机。
[0011] 优选地，所述主控器为型号为MSP430G2553的单片机。
[0012] 优选地，所述从控制器为单片机。
[0013] 优选地，所述从控制器为型号为MSP430G2553的单片机。
[0014] 优选地，所述从控制器为8个。
[0015] 优选地，所述系统还包括计算机控制模块，所述计算机控制模块包括音频编码模 块，并通过其第一通讯端口与所述主控制器的第二通讯端口连接。
[0016] 优选地，所述第一通讯端口和二通讯端口均为串行通讯接口。
[0017] (三）有益效果
[0018] 本实用新型提供了一种步进电机控制系统，本实用新型的系统通过采用I2C的通 讯方式实现了一个主控制器控制多台步进电机运转的目的；
[0019] 另外本实用新型通过计算机控制模块实现了将音频信号进行编码，并传递给主控 制器，由主控制器将得到的编码进行分段，并下发给对应的从控制器，再由从控制器控制对 应的步进电机驱动器，最终达到控制对应步进电机的运转的目的；本实用新型的技术方案 具有接线少、体积小以及通信速率高的优点。
【附图说明】
[0020] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021] 图1为本实用新型的一种步进电机控制系统的结构示意图；
[0022] 图2为本实用新型的一个较佳实施例二的主控制器与从控制器连接方式示意 图；
[0023] 图3为本实用新型的另一个较佳实施例的一种步进电机控制系统的结构示意图；
[0024] 图4为I2C总线结构示意图；
[0025] 图5为I2C总线工作原理示意图；
[0026] 图6为本实用新型中寻址模式示意图；
[0027] 图7为本实用新型中I2C总线数据传输过程流程图；
[0028] 图8为本实用新型中主控制器工作原理示意图；
[0029] 图9为本实用新型从主控制器工作原理示意图；
[0030] 图10为本实用新型中从控制器与步进电机驱动器连接图；
[0031] 图11A、11B、11C、11D、12为本实用型型中步进电机接线图；
[0032] 图13为本实用型型中步进电机工作时序图。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。以下实施例用于说明本 实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
[0034] 图1为本实用新型的一种步进电机控制系统的结构示意图；所述系统包括一个 主控制器、多个从控制器、多个步进电机驱动器以及多个步进电机；所述主控制器包括 USCI (通用串行通信接口）串行通信模块，所述USCI串行通信模块通过I2C总线与每一个 所述从控制器连接；每一个所述从控制器均通过信号输出端口与一个所述步进电机驱动器 的信号输入端口连接，每一个所述步进电机驱动器均连接一个所述步进电机。
[0035] 本实用新型的系统通过采用I2C的通讯方式实现了一个主控制器控制多台步进电 机运转的目的。
[0036] 所述USCI串行通信模块通过I2C总线的串行数据线与所述从控制器的数据传输 端口连接，通过I 2C总线的串行时钟线与所述从控制器的时钟接收端口连接。所述串行时 钟线以及串行数据线分别通过一个上拉电阻与所述主控制器的电源输入端口连接。所述主 控制器为单片机。所述主控器为型号为MSP430G2553的单片机。所述从控制器为单片机。 所述从控制器为型号为MSP430G2553的单片机。所述从控制器为8个。
[0037] 所述系统还包括计算机控制模块，如图3所示，所述计算机控制模块包括音频编 码模块，并通过其第一通讯端口与所述主控制器的第二通讯端口连接。所述第一通讯端口 和二通讯端口均为串行通讯接口。
[0038] 本实用新型通过计算机控制模块实现了将音频信号进行编码，并传递给主控制 器，由主控制器将的到的编码进行分段，并下发给对应的从控制器，再由从控制器控制对应 的步进电机驱动器，最终达到控制对应步进电机的运转的目的；本实用新型的技术方案具 有接线少、体积小以及通信速率高的优点。
[0039] I2C总线是两线式串行总线，英文全称为：Inter_Integrated Circuit，用于连接 微控制器及其外围设备，是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。本实用新型一 种利用I 2C总线协议，通过单主控制器、多从控制器模式，利用一段音频信号控制八个从控 制器（单片机）实步进电机不同现方向、速率的转动。
[0040] 本实用新型的系统中8个从控制器对应8种不同音符频段，分别控制8个步进 电机的转速。系统通过计算机控制模块（PC机）中由Matlab对给定音频进行编码，产 生主控制器（单片机）可用的曲谱编码，然后通过串口将所产生的编码发送给主控制器 MSP430G2553,主控制器在寻址时先判断编码范围，然后通过I2C总线寻址相应的从控制器， 并向被寻址的从控制器MSP430G2553发送相应的音频编码。从控制器将所接收到的音频编 码作为定时器的定时周期，利用定时器产生相应的脉冲信号，进而由步进电机驱动器对脉 冲信号进行斩波，从而驱动两相四线步进电机转动。
[0041] 为实现单主控制器、多从控制器之间的通信，将主控制器I2C总线上的串行时钟线 SCL(P1. 6)和串行数据线SDA(P1. 7)分别与从控制器的SCL(P1. 6)和SDA(P1. 7)相连接， 并且在VCC与SCL、SDA两个信号之间分别接上IOk的上拉电阻，如图2所示。由此从控制 器的Pl. 6就成了时钟接收端，PL 7为数据接收端。通过编程将主控制器发送的数据送入 自身的缓存Buff，从控制器通过读Buff中的数据将其实时转换为频率改变的方波，并通过 PL 5 口将其发送给步进电机驱动器，从而达到控制步进电机的功能。
[0042] 所述主控制器和从控制器使用的芯片均为TI公司的MSP430G2553芯片，其中的 I2C模式是通过USCI_Bx模块来进行配置，本实用新型应用了 USCI_B0模块。在I2C模式中， USCI通过两线式I2C串行总线提供了 MSP430 G2553与I2C兼容器件的连接。外部器件串 行依附在I2C总线上，通过2-线I 2C接口为USCI模块发送数据或从USCI接收数据。如图 4所示，I2C总线由串行时钟线SCL和串行数据线SDA构成，在串行时钟线SCL保持高电平 期间，串行数据线SDA上的电平被拉低（即负跳变），为I 2C的开始信号。在串行时钟线SCL 保持高电平期间，串行数据线SDA被释放，为I2C的终止信号。
[0043] 如图5所示，进行数据传送时，在SCL呈现高电平期间，SDA上的电平必须保持稳 定，只有在SCL为低电平期间，才允许SDA上的电平改变状态。
[0044] I2C总线数据传输格式。I2C总线传输数据必须遵循规定的数据传输格式，主控制 器给每个数据传输位（从控制器）产生一个时钟脉冲，I 2C模式对数据位（从控制器）进行 操作。在主控制器设置好I2C为发送模式后，USCI模块会检测总线是否可用，产生开始条件 START(S)。将音频信号依据频率分为八段，并且每段对应不同的从控制器地址，如此便可依 据不同频率将音频信号发送给不同的从控制器。I 2C模式支持7位和10位寻址模式，本实 用新型的实施例运用了 7位寻址模式。如图6所示，在7位寻址模式中，第一个字节是7位 从控制器地址和R/W位，从控制器在每个字节结束后发送ACK位，作为反馈信号。
[0045] 所有挂到I2C总线的外围器件，各自都有一个唯一确定的地址。任何时刻总线上 只有一个主控器对总线实行控制权，分时实现点对点的数据传送。I 2C总线上所有外围器件 都有规范的器件地址，器件地址由7位组成，它和1位方向位（R/W)构成了 I2C总线器件 的寻址字节SLA，格式如下：
[0046]
[0047] 其中，高四位（A6，A5, A4, A3)是I2C总线外围接口器（从控制器）件固有地址编 码，器件出厂时已固化好。AO~A2是对从控制下器分配不同的地址，所述主控制器和从控 制器MSP430G2553的高四位为0100, 一共可以挂接八个从控制器（单片机）。而最低位R/ W为数据方向位，当R/W为0时，主控制器发送数据，当R/W为1时，主控制器接收数据。本 实用新型中的八个从控制器地址可分别为：40H，42H，44H，46H，48H，4AH，4CH，4HL
[0048] I2C总线数据传输过程。总线上的数据传输过程是：（1)主控制器发送开始信号S ; (2)主控制器发送芯片寻址字节；（3)从器件发出应答信号ACK ; (4)主控制器发送数据寻 址字节；（5)发送者发送数据，接受者接收数据；(6)主控制器发送停止信号P终止数据传 输。其流程图如图7