【正文】 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)基于MSP430的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) Speed Control System Of DC Motor Based On MSP430 2011屆 電氣與電子工程 學(xué)院專(zhuān) 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào) 20072853 學(xué)生姓名 梁 春 嬌 指導(dǎo)教師 張 育 軍 完成日期 2011年6 月 1日畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)單學(xué)生姓名梁春嬌學(xué)號(hào)20072853班級(jí)電07013專(zhuān)業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)論文題目基于MSP430的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)指導(dǎo)教師姓名張育軍指導(dǎo)教師職稱(chēng)副教授評(píng) 定 成 績(jī)指導(dǎo)教師得分評(píng)閱人得分答辯小組組長(zhǎng)得分成績(jī)：院長(zhǎng)簽字：年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題　目基于MSP430直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè)電氣工程及自動(dòng)化班 級(jí)電07013學(xué)生姓名梁春嬌承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位電氣與電子工程分院導(dǎo)師姓名張育軍導(dǎo)師職稱(chēng)副教授一、設(shè)計(jì)內(nèi)容應(yīng)用MSP430單片機(jī)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。要求熟悉MSP430的功能、原理、應(yīng)用特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出硬件電路，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制。二、基本要求熟練掌握MSP430器件的工作原理、典型應(yīng)用方法，設(shè)計(jì)出硬件電路。掌握資料的收集和整理方法。掌握計(jì)算機(jī)軟件畫(huà)圖。其中用PROTEL繪制硬件電路圖；一份1萬(wàn)字以上的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；參考文獻(xiàn)不低于15篇，其中外文文獻(xiàn)2篇以上。翻譯與課題有關(guān)的外文資料，字?jǐn)?shù)不少于3000字符。三、主要研究方法1. 研究單片機(jī)MSP430的特性、應(yīng)用。2. 選擇調(diào)速系統(tǒng)所需的電源、顯示、驅(qū)動(dòng)、測(cè)速等器件，掌握各個(gè)器件的原理及使用方法。3. 設(shè)計(jì)硬件電路。4. 應(yīng)用PROTEL繪制原理圖。四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn)1.《MSP430系列超低功耗16位單片機(jī)》 胡大可編著, 北京航空航天大學(xué)出版社2.《MSP430系列超低功耗單片機(jī)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)》李智奇,白小平編著，西安電子科技大學(xué)出版社3.《MSP430單片機(jī)基礎(chǔ)與實(shí)踐》 謝興紅編著，北京航空航天大學(xué)出版社4.《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)綜合實(shí)例》 張萌主編, 清華大學(xué)出版社5.《現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ)》 趙良炳主編， 清華大學(xué)出版社五、進(jìn)度計(jì)劃3月1日——3月31日 搜集資料，學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)；4月1日——4月20日 初步了解諧波的一些分析方法，學(xué)習(xí)FFT算法的原理；4月21日——5月20日 對(duì)結(jié)果進(jìn)行誤差分析、校正，做出論文初稿；5月21日——6月10日 外文資料的翻譯，對(duì)論文修正、排版、打印。教研組主任簽字時(shí)　間 　　 年　 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告題　目基于MSP430的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)學(xué)生姓名梁春嬌學(xué)號(hào)20072853班級(jí)電07013專(zhuān)業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化一．研究背景在現(xiàn)代工業(yè)中，直流電機(jī)由于具有速度控制容易，起制動(dòng)性能好，且在寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速等特點(diǎn)而在冶金、機(jī)械制造、等工業(yè)部門(mén)中得到廣泛的應(yīng)用。隨著電力技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)展了許多新的電樞電壓的控制方法，由于MSP430系列的單片機(jī)具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快、集成度高、外部設(shè)備豐富、超低功耗等優(yōu)點(diǎn)，而且有很高的性?xún)r(jià)比因此在許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。其中以MSP430系列的單片機(jī)控制直流電機(jī)調(diào)速是尤為突出的一種。 隨著科技的進(jìn)步，我國(guó)科研單位都在致力研究由單片機(jī)控制直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，并通過(guò)各種控制算法來(lái)多方面研究。其中提供了全系列MSP430單片機(jī)的程序范例，并提供模塊化程序庫(kù)，通過(guò)調(diào)用模塊庫(kù)內(nèi)的函數(shù)，快速完成對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速。并且MSP430單片機(jī)能夠利用芯片本身的各種功能能夠使調(diào)速系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單實(shí)用。 根據(jù)當(dāng)前單片機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)，國(guó)外的微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也得到廣泛的應(yīng)用，使調(diào)速裝置向集成化、小型化和智能化方向發(fā)展，隨著MSP430單片機(jī)的推廣此單片機(jī)的產(chǎn)品已經(jīng)遍布電子產(chǎn)品的每一個(gè)領(lǐng)域，尤其使MSP430單片機(jī)的直流調(diào)速系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)能力得到迅速提升，產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。該系統(tǒng)利用MSP430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，通過(guò)單片機(jī)的片內(nèi)設(shè)計(jì)和外圍模塊完成整個(gè)電路設(shè)計(jì)。其中通過(guò)MSP430F149的TimerA模式產(chǎn)生PWM輸出以生成控制信號(hào)，外圍模塊主要是光耦隔離、驅(qū)動(dòng)、鍵盤(pán)、LED、霍爾傳感器的設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)介紹了一種基于MSP430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的單閉環(huán)直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，該單片機(jī)利用MSP430F149的TimerA模式產(chǎn)生PWM輸出以生成控制信號(hào)，將PWM波通過(guò)光耦TLP521實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與外部電路之間的電氣隔離，經(jīng)過(guò)功率驅(qū)動(dòng)芯片L298放大后控制直流電機(jī)的電樞電壓進(jìn)行平滑調(diào)速并由霍爾元件檢測(cè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速構(gòu)成的速度反饋，通過(guò)四個(gè)獨(dú)立性鍵盤(pán)分別控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速和減速，最后通過(guò)LED動(dòng)態(tài)顯示出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本設(shè)計(jì)通過(guò)改變PWM的占空比能使直流電機(jī)能夠進(jìn)行平滑調(diào)速，并通過(guò)LED動(dòng)態(tài)顯示出直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)狀態(tài)，構(gòu)成一個(gè)實(shí)用的單片機(jī)實(shí)時(shí)控制調(diào)速系統(tǒng)。指導(dǎo)教師簽字時(shí) 間 　　 年　 月 日摘要本設(shè)計(jì)介紹了一種基于MSP430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的單閉環(huán)直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的生產(chǎn)機(jī)械要求能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速。由于MSP430系列的單片機(jī)具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快、集成度高、外部設(shè)備豐富、超低功耗等優(yōu)點(diǎn), 本設(shè)計(jì)介紹了一種基于MSP430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的單閉環(huán)直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用MSP430單片機(jī)的TimerA模式產(chǎn)生PWM波，通過(guò)改變PWM波的占空比來(lái)控制電機(jī)的速度，并著重介紹了PWM的調(diào)速原理。其中采用光耦隔離的方法實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與外部電路之間的電氣隔離，PWM波經(jīng)過(guò)功率驅(qū)動(dòng)芯片放大后控制直流電機(jī)的電樞電壓進(jìn)行平滑調(diào)速并由霍爾元件檢測(cè)出直流電機(jī)轉(zhuǎn)速構(gòu)成的速度反饋，設(shè)置四個(gè)獨(dú)立性鍵盤(pán)分別控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、加速和減速，最后通過(guò)LED動(dòng)態(tài)顯示出直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。采用MSP430單片機(jī)控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速取代了以往的模擬控制，使控制精度高，而且方便系統(tǒng)的升級(jí)和改進(jìn)，靈活性和適應(yīng)性更強(qiáng)。 關(guān)鍵詞：MSP430 PWM調(diào)速 直流電機(jī)AbstractThis design introduces a MSP430 Microcontroller based singleloop DC motor speed control system, as Chinese industrial development, more and more production machinery required to achieve automatic speed control. MSP430 family of microcontrollers have the processing capacity, fast speed, high integration, the external device rich, ultralow power consumption, design introduces a MSP430 Microcontroller based singleloop DC motor speed control system uses the MSP430 microcontroller TimerA mode PWM wave generated by changing the duty cycle of PWM wave to control motor speed, and highlights the PWM speed control principle. One method of using opto isolation between SCM and electrical isolation between the external circuit, PWM wave amplification through the power driver chip controls the DC motor armature voltage for smooth speed detected by the Hall element constitutes the speed of DC motor speed feedback. Set of four independent keyboard control motor, respectively, reversing, acceleration and deceleration. Finally, dynamic LED display DC motor speed. MSP430 MCU control with the speed of DC motor instead of a conventional analog control, the control of high precision, and easy system upgrades and improvements, greater flexibility and adaptability.Keywords: MSP430 PWM speed control DC motor目錄第一章 緒論 8 課題研究的目的意義 8 設(shè)計(jì)目的 8 設(shè)計(jì)的意義 8 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 8 主要內(nèi)容及方法手段 8 主要內(nèi)容 8 方法手段 8 預(yù)期達(dá)到的結(jié)果 8第二章 器件的選用 8 單片機(jī)MSP430 8 MSP430的特點(diǎn) 8 MSP430型號(hào)的選擇 8 MSP430F149 8 電氣隔離 8 光耦的選擇 8 TLP521簡(jiǎn)介 8 驅(qū)動(dòng)模塊 8 驅(qū)動(dòng)芯片的選擇 8 L298的介紹 8 L298的引腳功能 8 顯示方式 8 測(cè)速模塊 8 測(cè)速元件的選擇 8 霍爾效應(yīng)及其原理 8 CS3020的特征及應(yīng)用 8 CS3020的引腳說(shuō)明 8 鍵盤(pán)的選擇 8第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 8 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 8 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 8 電源 8 復(fù)位電路 8 晶體 8 PWM波調(diào)速 8 直流電機(jī)PWM的調(diào)速原理 8 TimerA實(shí)現(xiàn)PWM 8 鍵盤(pán)調(diào)速 8 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 8 電氣隔離電路 8 驅(qū)動(dòng)電路 8 LED顯示 8 測(cè)速電路 8第四章 結(jié)論與展望 8 結(jié)論 8 展望 8參考文獻(xiàn) 8致謝 8附錄A 8附錄B 8第一章 緒論 課題研究的目的意義 設(shè)計(jì)目的隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，電動(dòng)機(jī)作為電能轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石油化學(xué)、國(guó)防等工業(yè)部門(mén)中，隨著對(duì)生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高和產(chǎn)量的增長(zhǎng)，越來(lái)越多的生產(chǎn)機(jī)械要求能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速。由于它具有良好的線性調(diào)速特性，簡(jiǎn)單的控制性能，高效率，優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性，現(xiàn)在仍是大多數(shù)調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)選擇。因此研究直流電機(jī)的速度控制，有著非常重要的意義。根據(jù)當(dāng)前單片機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)，以TI公司的MSP430系列單片機(jī)，全面的用來(lái)控制直流電機(jī)，旨在實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速，即可平滑改變電動(dòng)機(jī)電樞電壓，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)升速、降速、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)等功能。 設(shè)計(jì)的意義直流電動(dòng)機(jī)是最早實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。長(zhǎng)期以來(lái)，直流電動(dòng)機(jī)一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)直流電氣傳動(dòng)在起制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度、調(diào)速范圍、靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等方面提出了更高的要求，這就要求大量使用直流調(diào)速系統(tǒng)。由于它具有良好的線性調(diào)速特性，簡(jiǎn)單的控制性能，高效率，優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性，現(xiàn)在仍是大多數(shù)調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)選擇。因此研究直流電機(jī)的速度控制，有著非常重要的意義。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著科技的進(jìn)步，我國(guó)科研單位都在致力研究由單片機(jī)控制直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，并對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的研究也在不斷地發(fā)展和完善。直流電機(jī)雖然存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較高、維修麻煩等缺點(diǎn)，但是由于具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和良好的制動(dòng)性能以及易于在較寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，因此直流調(diào)速系統(tǒng)至今仍然是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。由于MSP430系列的單片機(jī)具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快、集成度高、外部設(shè)備豐富、超低功耗等優(yōu)點(diǎn)，用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速更加方便、簡(jiǎn)單和靈活。其中提供了全系列MSP430單片機(jī)的程序范例，并提供模塊化程序庫(kù)，通過(guò)調(diào)用模塊庫(kù)內(nèi)的函數(shù)，快速完成對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速。所以采用單片機(jī)MSP430對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速是我國(guó)研究調(diào)速系統(tǒng)的重要階段。根據(jù)當(dāng)前單片機(jī)發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)外的微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也得到廣泛的應(yīng)用，使調(diào)速裝置向集成化、小型化和智能化方向發(fā)展，而在利爾達(dá)公司不遺余力的推廣下，MSP430從剛開(kāi)始的只有寥寥無(wú)幾的工程師和愛(ài)好者使用發(fā)展到現(xiàn)在的成千上萬(wàn)的工程師在使用。MSP430是一款超低功耗的單片機(jī)同時(shí)也是一款高性能的單片機(jī)。它內(nèi)部由于有很多的數(shù)字模塊和模擬模塊，使得在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)可以使用較少的外部器件，既降低了成本又提高了系統(tǒng)的性能。隨著MSP430單片機(jī)的推廣此單片機(jī)的產(chǎn)品已經(jīng)遍布電子產(chǎn)品的每一個(gè)領(lǐng)域，為了能夠使單