【正文】 0F3xx在本電路只有P1口可以用，這遠遠不夠；MSP430F4xx的端口較多對于MSP430單片機的選擇原則是夠用即可，并且MSP430F1xx系列單片機具有豐富的功能，既能作為帶有比較器的簡便低功耗控制器，又能作為完整的片上系統用，其中包括多個高性能數據轉換器、接口和乘法器，所以本設計單片機型號的選擇MSP430F1xx。9) ESD保護，抗干擾能力強。5) 低時鐘頻率可實現高速通信。典型功耗是：， MA，且具有5種節(jié)能方式。MSP430顯示電源鍵盤電氣隔離電氣隔離驅動M測速元件接口電路圖11 系統硬件結構簡圖 預期達到的結果該調速系統通過改變PWM的占空比能使直流電機能夠進行平滑調速，并通過LED動態(tài)顯示出直流電機的轉速、正轉和反轉狀態(tài)，構成一個實用的單片機實時控制調速系統。 主要內容及方法手段 主要內容該系統利用MSP430單片機實現直流電機的單閉環(huán)調速系統，通過單片機的片內設計和外圍模塊完成整個電路設計。根據當前單片機發(fā)展趨勢，國外的微電子技術和計算機技術的發(fā)展也得到廣泛的應用，使調速裝置向集成化、小型化和智能化方向發(fā)展，而在利爾達公司不遺余力的推廣下，MSP430從剛開始的只有寥寥無幾的工程師和愛好者使用發(fā)展到現在的成千上萬的工程師在使用。直流電機雖然存在結構復雜、價格較高、維修麻煩等缺點，但是由于具有較大的啟動轉矩和良好的制動性能以及易于在較寬的范圍內實現平滑調速，因此直流調速系統至今仍然是自動調速系統的主要形式。隨著生產技術的發(fā)展，對直流電氣傳動在起制動、正反轉以及調速精度、調速范圍、靜態(tài)特性、動態(tài)響應等方面提出了更高的要求，這就要求大量使用直流調速系統。因此研究直流電機的速度控制，有著非常重要的意義。其中采用光耦隔離的方法實現單片機與外部電路之間的電氣隔離，PWM波經過功率驅動芯片放大后控制直流電機的電樞電壓進行平滑調速并由霍爾元件檢測出直流電機轉速構成的速度反饋，設置四個獨立性鍵盤分別控制電機的正反轉、加速和減速，最后通過LED動態(tài)顯示出直流電機的轉速。 本設計介紹了一種基于MSP430單片機實現的單閉環(huán)直流電機的調速系統，該單片機利用MSP430F149的TimerA模式產生PWM輸出以生成控制信號，將PWM波通過光耦TLP521實現單片機與外部電路之間的電氣隔離，經過功率驅動芯片L298放大后控制直流電機的電樞電壓進行平滑調速并由霍爾元件檢測直流電機轉速構成的速度反饋，通過四個獨立性鍵盤分別控制電機的正轉、反轉、加速和減速，最后通過LED動態(tài)顯示出電機的轉速。并且MSP430單片機能夠利用芯片本身的各種功能能夠使調速系統更加簡單實用。隨著電力技術的進步，發(fā)展了許多新的電樞電壓的控制方法，由于MSP430系列的單片機具有處理能力強、運算速度快、集成度高、外部設備豐富、超低功耗等優(yōu)點，而且有很高的性價比因此在許多領域都得到了廣泛的應用。3. 設計硬件電路。其中用PROTEL繪制硬件電路圖；一份1萬字以上的設計說明書；參考文獻不低于15篇，其中外文文獻2篇以上。要求熟悉MSP430的功能、原理、應用特點，設計出硬件電路，完成系統設計實現調速控制。電07013學生姓名梁春嬌承擔指導任務單位電氣與電子工程分院導師姓名張育軍導師職稱副教授一、設計內容應用MSP430單片機對直流電動機進行調速控制。掌握計算機軟件畫圖。2. 選擇調速系統所需的電源、顯示、驅動、測速等器件，掌握各個器件的原理及使用方法。教研組主任簽字時　間 　　 年　 月 日畢業(yè)設計開題報告題　目基于MSP430的直流電機調速系統學生姓名梁春嬌學號20072853班級電07013專業(yè)電氣工程及其自動化一．研究背景在現代工業(yè)中，直流電機由于具有速度控制容易，起制動性能好，且在寬范圍內平滑調速等特點而在冶金、機械制造、等工業(yè)部門中得到廣泛的應用。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，通過調用模塊庫內的函數，快速完成對直流電機的調速。其中通過MSP430F149的TimerA模式產生PWM輸出以生成控制信號，外圍模塊主要是光耦隔離、驅動、鍵盤、LED、霍爾傳感器的設計。由于MSP430系列的單片機具有處理能力強、運算速度快、集成度高、外部設備豐富、超低功耗等優(yōu)點, 本設計介紹了一種基于MSP430單片機實現的單閉環(huán)直流電機的調速系統，該系統利用MSP430單片機的TimerA模式產生PWM波，通過改變PWM波的占空比來控制電機的速度，并著重介紹了PWM的調速原理。由于它具有良好的線性調速特性，簡單的控制性能，高效率，優(yōu)異的動態(tài)特性，現在仍是大多數調速控制電動機的最優(yōu)選擇。長期以來，直流電動機一直占據著調速控制的統治地位。 國內外研究現狀隨著科技的進步，我國科研單位都在致力研究由單片機控制直流電機的調速系統，并對調速系統的研究也在不斷地發(fā)展和完善。所以采用單片機MSP430對直流電機進行調速是我國研究調速系統的重要階段。隨著MSP430單片機的推廣此單片機的產品已經遍布電子產品的每一個領域，為了能夠使單片機控制直流電機的調速更加完善國外的更多研究工作者對MSP430單片機的直流電機調速進行了大量的研究，使MSP430單片機的直流調速系統的綜合設計能力得到迅速提升，產生質的飛躍。下圖11為系統硬件結構簡圖。 1) 功耗低。4) 靈活的時鐘系統（兩個外部時鐘和一個內部時鐘）。8) 喚醒時間短。其中MSP430F1xx和MSP430F2xx使用方式靈活、控制簡單、性價比較高、實際應用廣；MSP430F3xx是TI推出的最早產品，片內外設豐富，但未使用FLASH存儲技術，價格較高，性價比低；MSP430F4xx既具有段式液晶的驅動能力，片內外設豐富，又使用FLASH存儲技術，雖然它的性價比高但是它的價格較貴。MSP430F14x中的x代表著存儲器容量，從0~9對應的存儲器容量越大，故本系統所采用的MSP430型號為MSP430F149。模擬比較器與定時器配合，可方便的實現ADC；液晶驅動多達160筆段；~14位高速、高精度轉換，同時提供采樣/保持與參考電壓；端口1,2能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入。,捕獲；CCI0輸入，比較：OUT0輸出。,比較：OUT0輸出。,時鐘信號TAINCLK：捕獲：CCI0B輸入/比較器A輸出。XIN 晶體振蕩器XT1的輸入端口，可以連接標準晶體。Vcc 電源正端。程序存儲器可存放系統程序、應用程序以及數據表格等，它在斷電情況下信息不會丟失。表22 存儲器組織結構圖存儲器存儲空間程序存儲器跳轉控制表數據表等0200H~0FFDFH引導存儲器（ROM）0200H~0FFDFH數據存儲器0200H~0FFDFH16位外圍模塊0100H~0FFH8位外圍模塊010H~0FFH特殊功能存儲器00H~0FH4．MSP430F149的I/O口在單片機MSP430F149中有6組I/O口：P1~P6。P1口的所有引腳共用一個中斷向量，P2口的所有引腳也共用一個中斷向量，但它們的優(yōu)先級和向量地址不一樣。4) 有獨立的輸入/輸出寄存器。RST/NMI 單片機的復位信號輸入端，接受復位電路提供的復位信號。XT2OUT XT2的輸出端口，連接8KHZ晶體。，主要用于TimerA的捕獲功能，從而記錄脈沖的個數。 電氣隔離在單片機系統中為了提高系統的抗干擾性，常用電氣隔離的方法。 TLP521簡介TLP521是可控制的光電耦合器件，光電耦合器廣泛用于電腦終端機，可控硅系統設備。當輸入端加電信號時發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線后就產生光電流，從輸出端流出，從而實現了“電光電”轉換。集電極—發(fā)射極電壓：55V（最小值）經常轉移的比例：50%（最小）隔離電壓：2500Vrms(最小)經常轉移的比例： 50 ％（最?。?23567841234圖24（a） TLP5211引腳圖 圖24 (b) TLP5212引腳圖使用連續(xù)負載很重的情況下（如高溫/電流/溫度/電壓和重大變化等），可能會導致本產品的可靠性下降明顯甚至損壞。它廣泛應用于電平轉換、信號隔離、級間隔離、開關電路、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器、儀器儀表、通信設備及微機接口電路。在應用領域，L298的使用比較廣泛，所以本設計選用L298作為電機的驅動芯片。L298有單極性、雙極性兩種工作方式。 顯示方式LED顯示器是單片機應用系統中最常用的輸出器件，它是由若干個發(fā)光二極管組成的。在顯示轉速數值用7段顯示管即可。相應的段被顯示。每只數碼管的共陽極或共陰極則與另一I/O相連，控制點被點亮的位。在靜態(tài)顯示方式下，每位數碼管的各個端與一個8位的I/O口相連。故經綜合考慮決定選用LED數碼管動態(tài)顯示方式。這種傳感器不怕油污、灰塵，在工業(yè)現場應用廣泛?；魻栯妱軺H可以用下面的公式表示： = (21)式中：RH 材料的霍爾常數() I 控制電流(A) B磁感應強度(T) D霍爾元件的厚度(m)令 = (22) 則得到： =IB (23)由式21可知，霍爾電勢的大小正比于控制電流I和磁感應強度B。 CS3020的引腳說明CS3020霍爾傳感器是一個三端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地即可工作。在調速時可通過鍵盤對電機進行正轉和反轉、加速和減速控制。獨立式按鍵電路配置靈活、軟件結構簡單。當I/O口內部有上拉電阻時，外電路可以不配置上拉電阻。另外兩個鍵盤用來改變電機的正反轉狀態(tài)，以確定直流電機的正反轉方向；霍爾元件與電機同軸連接作為電機的測速裝置，將脈沖信號反饋到單片機，LED實時的顯示出脈沖信號的個數，即電機的轉速?？刂撇糠值闹绷麟妱訖C的額定電壓為12V，邏輯元件需要+5V的直流電源。圖中C1是一個大容量的電解電容，起到低頻濾波的作用。它可以用在一些高效率，小封裝的低功耗設計中。為了確保SPX1117的穩(wěn)定性。 復位電路為了使系統上電后很好的復位，使其處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)。圖32 復位電路圖SP708S系列屬于微處理器監(jiān)控器件。NC無連接。SP708S在上電、下電及掉電情況下復位輸出；一個低電平手動復位允許外部按鍵開關產生RST信號。單片機的基礎時鐘有低頻晶體振蕩器、高頻晶體振蕩器及數字控制振蕩器。高頻振蕩器作為MSP430F149的第二晶體振蕩器，與低頻相比，其功耗更大。 圖33（b）所示XIN和XOUT連接12KHZ的低速晶體?？梢缘玫诫姍C電樞端的平均電壓Ua，如公式(31)。改變有三種方法：第一種就是T1保持不變，使T2在0到無窮之間變化；第二種就是T2不變，使T1在0到無窮之間變化；第三種就是T保持不變，使T1在0到T變化，在此改變占空比采用的是第三種方法。4) 支持多時序控制、多個捕獲/比較功能及多種輸出波形(PWM)。8) 具有完善的中斷服務功能。(2)捕獲/比較寄存器捕獲/比較寄存器用于捕獲事件發(fā)生的時間或產生的時間間隔，捕獲比較功能的引入主要是為了提高I/O端口處理事務的能力和速度。3．TimerA的工作原理(1)定時器工作模式TimerA共有4種計數工作模式：停止模式、增計數模式、連續(xù)計數模式和增減計數模式。這種模式適應于定時周期小于65536的連續(xù)計數情況。增減計數模式：當MC1=1,MC1=1時定時器工作在增減計數模式。增計數模式和連續(xù)計數模式的輸出波形一樣，只是計數器在增計數到CCR0后還要繼續(xù)增計數到0FFFFH，這樣就延長了計數器計數到CCR1的數值后的時間，也就改變了輸出信號的周期，故采用增計數模式。當CCTLx中的CAPx=1時，該模塊工作在捕獲模式。輸出模式是由模式控制位OUTMOD OUTMODOUTMOD0決定的，每個輸出單元有8種工作模式。D觸發(fā)器以定時器時鐘為時鐘信號，當時鐘信號為低電平時采樣輸入信號，在緊隨其后的下一個上升沿鎖存采樣值。輸出模式2：翻轉/復位模式。輸出模式4：翻轉模式。輸出模式6：翻轉/置位模式。經過比較，由于PWM波不用翻轉，只需要TAR的值等于CCR1時復位，當TAR的值等于CCR0時置位。如果TimerA定時器的計數器工作在增計數方式，輸出采用模式7（復位、置位模式）。可以隨時間變化任意改變PWM信號的占空比具體做法如下：1) 保持CCR0值不變（周期不變）；2) 改變CCR1值（改變占空比）；圖36 增計數模式輸出模式7的輸出波形如果PWM信號占空比隨時間變化，那么輸出信號就是幅度變化的模擬信號，因此通過控制PWM信號的占空比，就可以產生不同的模擬信號，實現D/A轉換，目前，只有MSP430F15/16X系列的單片機內具有D/A轉換模塊，對于其它系列的單片機可以使用上述方法利用TimerA實現D/A轉換。如圖37所示，KEYKEYKEY，它們分別控制著電機的加速和減速、正轉和反轉。圖38電氣隔離