【正文】 片機實現(xiàn)直流電機的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，通過單片機的片內(nèi)設(shè)計和外圍模塊完成整個電路設(shè)計。指導(dǎo)教師簽字時 間 　　 年　 月 日摘要本設(shè)計介紹了一種基于MSP430單片機實現(xiàn)的單閉環(huán)直流電機的調(diào)速系統(tǒng)，隨著我國工業(yè)的發(fā)展，越來越多的生產(chǎn)機械要求能實現(xiàn)自動調(diào)速。 關(guān)鍵詞：MSP430 PWM調(diào)速 直流電機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)計目的 8 設(shè)計的意義 8 國內(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)期達到的結(jié)果 8第二章 器件的選用 8 單片機MSP430 8 MSP430的特點 8 MSP430型號的選擇 8 MSP430F149 8 電氣隔離 8 光耦的選擇 8 TLP521簡介 8 驅(qū)動模塊 8 驅(qū)動芯片的選擇 8 L298的介紹 8 L298的引腳功能 8 顯示方式 8 測速模塊 8 測速元件的選擇 8 霍爾效應(yīng)及其原理 8 CS3020的特征及應(yīng)用 8 CS3020的引腳說明 8 鍵盤的選擇 8第三章 硬件電路設(shè)計 8 系統(tǒng)設(shè)計原理 8 單片機的最小系統(tǒng) 8 電源 8 復(fù)位電路 8 晶體 8 PWM波調(diào)速 8 直流電機PWM的調(diào)速原理 8 TimerA實現(xiàn)PWM 8 鍵盤調(diào)速 8 電機驅(qū)動電路 8 電氣隔離電路 8 驅(qū)動電路 8 LED顯示 8 測速電路 8第四章 結(jié)論與展望 8 結(jié)論 8 展望 8參考文獻 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)計目的隨著我國工業(yè)的發(fā)展，電動機作為電能轉(zhuǎn)換的傳動裝置被廣泛應(yīng)用于機械、冶金、石油化學(xué)、國防等工業(yè)部門中，隨著對生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高和產(chǎn)量的增長，越來越多的生產(chǎn)機械要求能實現(xiàn)自動調(diào)速。 設(shè)計的意義直流電動機是最早實現(xiàn)調(diào)速的電動機。因此研究直流電機的速度控制，有著非常重要的意義。其中提供了全系列MSP430單片機的程序范例，并提供模塊化程序庫，通過調(diào)用模塊庫內(nèi)的函數(shù)，快速完成對直流電機的調(diào)速。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)計系統(tǒng)時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。 方法手段 介紹了一種基于MSP430單片機實現(xiàn)的單閉環(huán)直流電機的調(diào)速系統(tǒng)，該單片機利用MSP430F149的TimerA模式產(chǎn)生PWM輸出以生成控制信號，將PWM波通過光耦TLP521實現(xiàn)單片機與外部電路之間的電氣隔離，經(jīng)過功率驅(qū)動芯片L298放大后控制直流電機的電樞電壓進行平滑調(diào)速并由霍爾元件檢測直流電機轉(zhuǎn)速構(gòu)成的速度反饋，通過四個獨立性鍵盤分別控制電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速和減速，最后通過LED動態(tài)顯示出電機的轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)狀態(tài)。 MSP430的特點MSP430 系列單片機的迅速發(fā)展和應(yīng)用范圍的不斷擴大，主要取決于以下的特點。3) 低電壓供電、寬工作電壓范圍：。7) 強大的中斷能力。MSP430有多種型號：MSP430F1xx，MSP430F2xx，MSP430F3xx，MSP430F4xx。故選用MSP430F14x。在整合方面，MSP430系列單片機方面的CPU外圍模塊集成在了片內(nèi)，有如下一些模塊：看門狗(WTD),定時器A(TimerA), 定時器B(TimerB),模擬比較器，串口0,硬件乘法器、液晶驅(qū)動器、10位/12位ADC、端口0~基本定時器，其中定時器A與B均帶有多個捕獲/比較寄存器，同時可實現(xiàn)多路PWM輸出?！胀〝?shù)字I/O引腳/TimerA,時鐘信號TACLK輸入?！胀〝?shù)字I/O引腳/定義DOC標(biāo)稱頻率的外部電阻輸入。RST/NMI 復(fù)位輸入，非屏蔽中斷輸入端口，或引導(dǎo)裝載程序啟動（FLASH器件）。XT2OUT XT2的輸出端口。表22為存儲器組織結(jié)構(gòu)圖。外圍模塊經(jīng)MAB、MDB、中斷服務(wù)以及請求線與CPU相連，可以用軟件訪問和控制，與外圍模塊相關(guān)的控制寄存器和狀態(tài)寄存器被安排在0000H~01FFH范圍的RAM中。同時，P1和P2口的每個引腳都可以單獨設(shè)置成中斷，并且都可以單獨設(shè)置成上升沿或者下降沿觸發(fā)中斷。3) P1和P2口的中斷功能位可以單獨設(shè)置。圖23 MSP430F149有關(guān)引腳電路圖VCC —單片機的電源輸入端。XT2IN 晶體振蕩器XT2的輸入端口，連接8KHZ晶體。，用于TimerA產(chǎn)生PWM波的輸出端口。、分別作為LED的選通腳。而TLP5212用于將控制電機轉(zhuǎn)向信號的隔離，需要兩個引腳并將兩個信號傳遞給驅(qū)動的轉(zhuǎn)速控制引腳，故隔離元件采用TLP5212。它是以光為媒介來傳輸電信號的器件，通常把發(fā)光器（紅外線發(fā)光二極管LED）與受光器（光敏半導(dǎo)體管）封裝在同一管殼內(nèi)。如下圖24 (a)、(b)所示，分別是TLP521TLP5212的引腳圖。光電耦合器的主要優(yōu)點是單向傳輸信號，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強，使用壽命強，傳輸效率高。要實現(xiàn)此功能應(yīng)用較廣泛但是為了簡化電路，在設(shè)計中使用的集成有橋式電路的電機專用芯片。它可以外接電阻，把變化量反饋給控制電路。 L298的引腳功能圖25 為L298的引腳圖圖25 L298引腳圖如上圖25所示，引腳1 OUTPUT1和引腳15 CURRENT SENSING可與電流檢測用電阻連接來控制負載電路；引腳2 OUTPUT2 、引腳3 SUPPLY VOLTAGE VS和引腳13 OUTPUT引腳14 OUTPUT4之間分別接負載；INPUT1~ INPUT4輸入控制電位來控制電機的正反轉(zhuǎn)；Enable則控制電機停轉(zhuǎn)；Vs為電機驅(qū)動電源輸入端；GND接地端，芯片本身的散熱片與8腳相通；Vss為邏輯控制部分的電源輸入端口。常用的LED顯示器由7段和“米”字段之分。當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮。在動態(tài)顯示方式中，各位數(shù)碼管的各個端并聯(lián)在一起，與單片機系統(tǒng)的一個I/O相連，從該I/O口輸出顯示代碼。利用發(fā)光二極管的特性，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整每位數(shù)碼管被點亮的時間間隔（一般為1ms），可以觀察到穩(wěn)定的顯示輸出。A B C D E F G HAFEDCBG圖26 LED的共陽極、共陰極接法相比而言，動態(tài)顯示方式更節(jié)省硬件資源和I/O口，一般系統(tǒng)都會選擇該種顯示方式。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個脈沖輸出。霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生是由于運動電荷受磁場中的洛倫茲力作用的結(jié)果。：CS3020典型應(yīng)用于無觸點開關(guān)、位置控制、轉(zhuǎn)速測量、隔離檢測、無刷電機等方面。CS3020圖27 CS3020的外形 鍵盤的選擇鍵盤是計算機不可缺少的輸入設(shè)備，使實現(xiàn)人機對話的紐帶，借助鍵盤可以向計算機系統(tǒng)輸入程序、置數(shù)、送操作命令、控制程序的執(zhí)行走向等。每個獨立式按鍵單獨占有一根I/O接口線，每根I/O接口線的工作狀態(tài)不會影響其他I/O接口線的工作狀態(tài)。此電路中，按鍵輸入都采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O接口線有確定的高電平。在MSP430單片機為核心的控制系統(tǒng)中，MSP430F149的TimerA可以產(chǎn)生PWM波，通過設(shè)置的四個獨立性鍵盤，其中兩個用來改變單片機產(chǎn)生PWM的占空比， ，控制直流電機的轉(zhuǎn)速。如圖31 (a)雙路穩(wěn)壓電源，31 (b)單片機電源。圖31（a） 雙路穩(wěn)壓電源由上圖可見，這個雙路輸出的直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)十分簡單，只用了一個220V變12V的變壓器，一個整流橋，兩塊穩(wěn)壓集成電路（7812和7805）和4個電容。圖31（b） 單片機電源SPX1117是一個低功耗正向電壓調(diào)節(jié)器，它的一個特性是3端可調(diào)節(jié)（電壓可選：， V， V， V， V，及5 V）；。SPX1117可以提供多種3引腳封裝，一個10uF的輸出電容可有效的保證穩(wěn)定性。為了使電源的輸出紋波較小和降低其對整個系統(tǒng)的干擾，在輸入端和輸出端連接兩個電容以濾除高頻和低頻干擾，在輸出端得到穩(wěn)定的直流工作電壓。圖32為復(fù)位電路圖。PFI供電失敗信號輸入如果沒有使用該引腳可以將PFI連接至地或VCC。供電失敗信號輸出。外接震蕩元件一般選用晶體振蕩器。電容大小根據(jù)所接晶體頻率的高低來選擇。 圖33 (a) 高速晶體連接圖 圖33（b） 低速晶體連接圖如圖33（a）所示，XIN2和XOUT2連接高速晶體8MHZ, 同時附有兩個電容。 圖34（a） PWM工作原理圖 圖34（b） PWM輸出波形圖假設(shè)Vi先導(dǎo)通T1秒，然后又關(guān)斷T2秒，如此反復(fù)進行，可得到圖34(b)的波形圖。故改變值就可以達到調(diào)壓的目的。3) 具有3個或者5個可配置的捕獲/比較寄存器。7) 能捕獲外部事件發(fā)生的時間，鎖定其發(fā)生時的高低電平。輸入的時鐘源具有4種選擇，所選定的時鐘源又可以4或8分頻作為計數(shù)頻率，TimerA可以通過選擇4種工作模式靈活的完成定時/計數(shù)功能。TimerA具有可選的8種輸出模式，支持PWM輸出。增計數(shù)模式：當(dāng)MC1=0,MC1=1時定時器工作在增計數(shù)模式。這種模式適應(yīng)于定時周期為65536的連續(xù)計數(shù)情況。根據(jù)所要求的改變PWM波的占空比，只需要改變寄存器CCR1的值，CCR0的周期不變，所以可以采用增計數(shù)模式和連續(xù)計數(shù)模式。捕獲模式。(3)輸出單元每個捕獲/比較器模塊都包含一個輸出單元，用于產(chǎn)生用戶所需要的輸出信號。D觸發(fā)器的輸出就是輸出信號源。輸出信號在計數(shù)器TAR等于CCRX時置位，并保持置位到定時器置位或選擇另一輸出模式為止。輸出在TAR的值等于CCRX時置位，當(dāng)TAR的值等于CCR0時復(fù)位。輸出在TAR的值等于CCRX時復(fù)位，并保持復(fù)位直到選擇出另一種輸出模式。輸出在TAR的值等于CCRX時復(fù)位，當(dāng)TAR的值等于CCR0時置位。軟件自動檢查寄存器的值以確保它不會超過寄存器所保持的最大值和最小值，因此可防止翻轉(zhuǎn)。圖35 TimerA產(chǎn)生PWM波形圖36為計數(shù)器工作在增計數(shù)模式，輸出采用模式7的輸出波形。圖37 鍵盤電路圖在調(diào)速時可通過鍵盤對電機進行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)、加速和減速控制。 電機驅(qū)動