【正文】 0F3xx在本電路只有P1口可以用，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠；MSP430F4xx的端口較多對(duì)于MSP430單片機(jī)的選擇原則是夠用即可，并且MSP430F1xx系列單片機(jī)具有豐富的功能，既能作為帶有比較器的簡(jiǎn)便低功耗控制器，又能作為完整的片上系統(tǒng)用，其中包括多個(gè)高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口和乘法器，所以本設(shè)計(jì)單片機(jī)型號(hào)的選擇MSP430F1xx。9) ESD保護(hù)，抗干擾能力強(qiáng)。5) 低時(shí)鐘頻率可實(shí)現(xiàn)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(qū)動(dòng)M測(cè)速元件接口電路圖11 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 預(yù)期達(dá)到的結(jié)果該調(diào)速系統(tǒng)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)。 主要內(nèi)容及方法手段 主要內(nèi)容該系統(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)。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。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。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)。因此研究直流電機(jī)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(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。 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。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。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)，而且有很高的性價(jià)比因此在許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。3. 設(shè)計(jì)硬件電路。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；參考文獻(xiàn)不低于15篇，其中外文文獻(xiàn)2篇以上。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。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。掌握計(jì)算機(jī)軟件畫圖。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。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)部門中得到廣泛的應(yīng)用。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。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、LED、霍爾傳感器的設(shè)計(jì)。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。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。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。 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。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。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，為了能夠使單片機(jī)控制直流電機(jī)的調(diào)速更加完善國(guó)外的更多研究工作者對(duì)MSP430單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速進(jìn)行了大量的研究，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。下圖11為系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 1) 功耗低。4) 靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)（兩個(gè)外部時(shí)鐘和一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘）。8) 喚醒時(shí)間短。其中MSP430F1xx和MSP430F2xx使用方式靈活、控制簡(jiǎn)單、性價(jià)比較高、實(shí)際應(yīng)用廣；MSP430F3xx是TI推出的最早產(chǎn)品，片內(nèi)外設(shè)豐富，但未使用FLASH存儲(chǔ)技術(shù)，價(jià)格較高，性價(jià)比低；MSP430F4xx既具有段式液晶的驅(qū)動(dòng)能力，片內(nèi)外設(shè)豐富，又使用FLASH存儲(chǔ)技術(shù)，雖然它的性價(jià)比高但是它的價(jià)格較貴。MSP430F14x中的x代表著存儲(chǔ)器容量，從0~9對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器容量越大，故本系統(tǒng)所采用的MSP430型號(hào)為MSP430F149。模擬比較器與定時(shí)器配合，可方便的實(shí)現(xiàn)ADC；液晶驅(qū)動(dòng)多達(dá)160筆段；~14位高速、高精度轉(zhuǎn)換，同時(shí)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(shí)鐘信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)晶體。Vcc 電源正端。程序存儲(chǔ)器可存放系統(tǒng)程序、應(yīng)用程序以及數(shù)據(jù)表格等，它在斷電情況下信息不會(huì)丟失。表22 存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)圖存儲(chǔ)器存儲(chǔ)空間程序存儲(chǔ)器跳轉(zhuǎn)控制表數(shù)據(jù)表等0200H~0FFDFH引導(dǎo)存儲(chǔ)器（ROM）0200H~0FFDFH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器0200H~0FFDFH16位外圍模塊0100H~0FFH8位外圍模塊010H~0FFH特殊功能存儲(chǔ)器00H~0FH4．MSP430F149的I/O口在單片機(jī)MSP430F149中有6組I/O口：P1~P6。P1口的所有引腳共用一個(gè)中斷向量，P2口的所有引腳也共用一個(gè)中斷向量，但它們的優(yōu)先級(jí)和向量地址不一樣。4) 有獨(dú)立的輸入/輸出寄存器。RST/NMI 單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)輸入端，接受復(fù)位電路提供的復(fù)位信號(hào)。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(gè)數(shù)。 電氣隔離在單片機(jī)系統(tǒng)中為了提高系統(tǒng)的抗干擾性，常用電氣隔離的方法。 TLP521簡(jiǎn)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(jī)，可控硅系統(tǒng)設(shè)備。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)了“電光電”轉(zhuǎn)換。集電極—發(fā)射極電壓：55V（最小值）經(jīng)常轉(zhuǎn)移的比例：50%（最?。└綦x電壓：2500Vrms(最小)經(jīng)常轉(zhuǎn)移的比例： 50 ％（最小）123567841234圖24（a） TLP5211引腳圖 圖24 (b) TLP5212引腳圖使用連續(xù)負(fù)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(huì)導(dǎo)致本產(chǎn)品的可靠性下降明顯甚至損壞。它廣泛應(yīng)用于電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離、開(kāi)關(guān)電路、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口電路。在應(yīng)用領(lǐng)域，L298的使用比較廣泛，所以本設(shè)計(jì)選用L298作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的輸出器件，它是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的。在顯示轉(zhuǎn)速數(shù)值用7段顯示管即可。相應(yīng)的段被顯示。每只數(shù)碼管的共陽(yáng)極或共陰極則與另一I/O相連，控制點(diǎn)被點(diǎn)亮的位。在靜態(tài)顯示方式下，每位數(shù)碼管的各個(gè)端與一個(gè)8位的I/O口相連。故經(jīng)綜合考慮決定選用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示方式。這種傳感器不怕油污、灰塵，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用廣泛?；魻栯妱?shì)UH可以用下面的公式表示： = (21)式中：RH 材料的霍爾常數(shù)() I 控制電流(A) B磁感應(yīng)強(qiáng)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(shì)的大小正比于控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B。 CS3020的引腳說(shuō)明CS3020霍爾傳感器是一個(gè)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(diào)速時(shí)可通過(guò)鍵盤對(duì)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)、加速和減速控制。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活、軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。當(dāng)I/O口內(nèi)部有上拉電阻時(shí)，外電路可以不配置上拉電阻。另外兩個(gè)鍵盤用來(lái)改變電機(jī)的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，以確定直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)方向；霍爾元件與電機(jī)同軸連接作為電機(jī)的測(cè)速裝置，將脈沖信號(hào)反饋到單片機(jī)，LED實(shí)時(shí)的顯示出脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)，即電機(jī)的轉(zhuǎn)速?？刂撇糠值闹绷麟妱?dòng)機(jī)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(gè)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(shè)計(jì)中。為了確保SPX1117的穩(wěn)定性。 復(fù)位電路為了使系統(tǒng)上電后很好的復(fù)位，使其處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。圖32 復(fù)位電路圖SP708S系列屬于微處理器監(jiān)控器件。NC無(wú)連接。SP708S在上電、下電及掉電情況下復(fù)位輸出；一個(gè)低電平手動(dòng)復(fù)位允許外部按鍵開(kāi)關(guān)產(chǎn)生RST信號(hào)。單片機(jī)的基礎(chǔ)時(shí)鐘有低頻晶體振蕩器、高頻晶體振蕩器及數(shù)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(jī)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(wú)窮之間變化；第二種就是T2不變，使T1在0到無(wú)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(shí)序控制、多個(gè)捕獲/比較功能及多種輸出波形(PWM)。8) 具有完善的中斷服務(wù)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(shí)間或產(chǎn)生的時(shí)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(wù)的能力和速度。3．TimerA的工作原理(1)定時(shí)器工作模式TimerA共有4種計(jì)數(shù)工作模式：停止模式、增計(jì)數(shù)模式、連續(xù)計(jì)數(shù)模式和增減計(jì)數(shù)模式。這種模式適應(yīng)于定時(shí)周期小于65536的連續(xù)計(jì)數(shù)情況。增減計(jì)數(shù)模式：當(dāng)MC1=1,MC1=1時(shí)定時(shí)器工作在增減計(jì)數(shù)模式。增計(jì)數(shù)模式和連續(xù)計(jì)數(shù)模式的輸出波形一樣，只是計(jì)數(shù)器在增計(jì)數(shù)到CCR0后還要繼續(xù)增計(jì)數(shù)到0FFFFH，這樣就延長(zhǎng)了計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到CCR1的數(shù)值后的時(shí)間，也就改變了輸出信號(hào)的周期，故采用增計(jì)數(shù)模式。當(dāng)CCTLx中的CAPx=1時(shí)，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(gè)輸出單元有8種工作模式。D觸發(fā)器以定時(shí)器時(shí)鐘為時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)采樣輸入信號(hào)，在緊隨其后的下一個(gè)上升沿鎖存采樣值。輸出模式2：翻轉(zhuǎn)/復(fù)位模式。輸出模式4：翻轉(zhuǎn)模式。輸出模式6：翻轉(zhuǎn)/置位模式。經(jīng)過(guò)比較，由于PWM波不用翻轉(zhuǎn)，只需要TAR的值等于CCR1時(shí)復(fù)位，當(dāng)TAR的值等于CCR0時(shí)置位。如果TimerA定時(shí)器的計(jì)數(shù)器工作在增計(jì)數(shù)方式，輸出采用模式7（復(fù)位、置位模式）?？梢噪S時(shí)間變化任意改變PWM信號(hào)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(jì)數(shù)模式輸出模式7的輸出波形如果PWM信號(hào)占空比隨時(shí)間變化，那么輸出信號(hào)就是幅度變化的模擬信號(hào)，因此通過(guò)控制PWM信號(hào)的占空比，就可以產(chǎn)生不同的模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，目前，只有MSP430F15/16X系列的單片機(jī)內(nèi)具有D/A轉(zhuǎn)換模塊，對(duì)于其它系列的單片機(jī)可以使用上述方法利用TimerA實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換。如圖37所示，KEYKEYKEY，它們分別控制著電機(jī)的加速和減速、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。圖38電氣隔離