【正文】 論文從選題到完成的整個過程中，得到了張育軍老師的熱情幫助和精心指導(dǎo)。圖314為CD40106整形后的波形圖。該探頭由霍爾元件CS3020和磁鋼組成測量電路。這樣做可以保證LED能正常地工作。其結(jié)果和加入滅燈信號的結(jié)果一樣，將0熄滅。從而簡化了電路，節(jié)約了單片機(jī)的I/O端口問題。表310 L298對直流電機(jī)控制的邏輯真值表電機(jī)狀態(tài)引腳ENAIN1IN2正轉(zhuǎn)HHL反轉(zhuǎn)HLH快速停止HXX自由停止LXX由上表可以看出，當(dāng)ENA為高電平，控制芯片使能，IN1控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)方向，IN2控制電機(jī)的反轉(zhuǎn)方向。同時要在電機(jī)的兩端連接四個續(xù)流二極管，當(dāng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)發(fā)生改變時，電樞電流方向不能立刻改變，需用二極管續(xù)流，以免在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊電流燒壞電機(jī)。H橋驅(qū)動電路是由四個開關(guān)管構(gòu)成，這樣很方便實現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行。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)。如果TimerA定時器的計數(shù)器工作在增計數(shù)方式，輸出采用模式7（復(fù)位、置位模式）。輸出模式6：翻轉(zhuǎn)/置位模式。輸出模式2：翻轉(zhuǎn)/復(fù)位模式。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。增計數(shù)模式和連續(xù)計數(shù)模式的輸出波形一樣，只是計數(shù)器在增計數(shù)到CCR0后還要繼續(xù)增計數(shù)到0FFFFH，這樣就延長了計數(shù)器計數(shù)到CCR1的數(shù)值后的時間，也就改變了輸出信號的周期，故采用增計數(shù)模式。這種模式適應(yīng)于定時周期小于65536的連續(xù)計數(shù)情況。(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(chǎn)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(wù)的能力和速度。4) 支持多時序控制、多個捕獲/比較功能及多種輸出波形(PWM)?？梢缘玫诫姍C(jī)電樞端的平均電壓Ua，如公式(31)。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。SP708S在上電、下電及掉電情況下復(fù)位輸出；一個低電平手動復(fù)位允許外部按鍵開關(guān)產(chǎn)生RST信號。圖32 復(fù)位電路圖SP708S系列屬于微處理器監(jiān)控器件。為了確保SPX1117的穩(wěn)定性。圖中C1是一個大容量的電解電容，起到低頻濾波的作用。另外兩個鍵盤用來改變電機(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)的測速裝置，將脈沖信號反饋到單片機(jī)，LED實時的顯示出脈沖信號的個數(shù)，即電機(jī)的轉(zhuǎn)速。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活、軟件結(jié)構(gòu)簡單。 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。這種傳感器不怕油污、灰塵，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。在靜態(tài)顯示方式下，每位數(shù)碼管的各個端與一個8位的I/O口相連。相應(yīng)的段被顯示。 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，它是由若干個發(fā)光二極管組成的。在應(yīng)用領(lǐng)域，L298的使用比較廣泛，所以本設(shè)計選用L298作為電機(jī)的驅(qū)動芯片。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?。?23567841234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），可能會導(dǎo)致本產(chǎn)品的可靠性下降明顯甚至損壞。 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(jī)，可控硅系統(tǒng)設(shè)備。，主要用于TimerA的捕獲功能，從而記錄脈沖的個數(shù)。RST/NMI 單片機(jī)的復(fù)位信號輸入端，接受復(fù)位電路提供的復(fù)位信號。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。程序存儲器可存放系統(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丟失。XIN 晶體振蕩器XT1的輸入端口，可以連接標(biāo)準(zhǔn)晶體。,比較：OUT0輸出。模擬比較器與定時器配合，可方便的實現(xiàn)ADC；液晶驅(qū)動多達(dá)160筆段；~14位高速、高精度轉(zhuǎn)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。其中MSP430F1xx和MSP430F2xx使用方式靈活、控制簡單、性價比較高、實際應(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存儲技術(shù)，價格較高，性價比低；MSP430F4xx既具有段式液晶的驅(qū)動能力，片內(nèi)外設(shè)豐富，又使用FLASH存儲技術(shù)，雖然它的性價比高但是它的價格較貴。4) 靈活的時鐘系統(tǒng)（兩個外部時鐘和一個內(nèi)部時鐘）。下圖11為系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡圖。所以采用單片機(jī)MSP430對直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速是我國研究調(diào)速系統(tǒng)的重要階段。長期以來，直流電動機(jī)一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。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)計介紹了一種基于MSP430單片機(jī)實現(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，通過改變PWM波的占空比來控制電機(jī)的速度，并著重介紹了PWM的調(diào)速原理。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，通過調(diào)用模塊庫內(nèi)的函數(shù)，快速完成對直流電機(jī)的調(diào)速。2. 選擇調(diào)速系統(tǒng)所需的電源、顯示、驅(qū)動、測速等器件，掌握各個器件的原理及使用方法。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)計內(nèi)容應(yīng)用MSP430單片機(jī)對直流電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。其中用PROTEL繪制硬件電路圖；一份1萬字以上的設(shè)計說明書；參考文獻(xiàn)不低于15篇，其中外文文獻(xiàn)2篇以上。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)，而且有很高的性價比因此在許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。 本設(shè)計介紹了一種基于MSP430單片機(jī)實現(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，將PWM波通過光耦TLP521實現(xiàn)單片機(jī)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(jī)的電樞電壓進(jìn)行平滑調(diào)速并由霍爾元件檢測直流電機(jī)轉(zhuǎn)速構(gòu)成的速度反饋，通過四個獨(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LED動態(tài)顯示出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此研究直流電機(jī)的速度控制，有著非常重要的意義。直流電機(jī)雖然存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較高、維修麻煩等缺點(diǎn)，但是由于具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩和良好的制動性能以及易于在較寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑調(diào)速，因此直流調(diào)速系統(tǒng)至今仍然是自動調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。 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)實現(xiàn)直流電機(jī)的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，通過單片機(jī)的片內(nèi)設(shè)計和外圍模塊完成整個電路設(shè)計。典型功耗是：， MA，且具有5種節(jié)能方式。9) ESD保護(hù)，抗干擾能力強(qiáng)。MSP430F149其中F代表FLASH，14代表具有ADC1硬件乘法器等外圍模塊，9代表存儲器容量為60KB。,捕獲；CCI1輸入，比較：OUT1輸出。:比較：OUT1輸出/比較器A輸出。Vss 電源負(fù)端。每個I/O口都有8個可以獨(dú)立編程的引腳?；贛SP430F149的I/O口有以上的特征，在此主要介紹了MSP430F149有關(guān)引腳的應(yīng)用。，驅(qū)動L298的IN1端口有效從而驅(qū)動電機(jī)正轉(zhuǎn)。本文采用光耦隔離的方法，把單片機(jī)送給光耦的電信號轉(zhuǎn)換為光信號，再把光信號轉(zhuǎn)換為單片機(jī)系統(tǒng)的電信號，從而實現(xiàn)單片機(jī)與外部電路之間的電氣隔離。普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字（開關(guān)）信號，不適合傳輸模擬信號。在單片機(jī)開關(guān)電源中，利用線性光電耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端的電流來改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓的目的。單極性工作方式指的是一個PWM周期內(nèi)，電機(jī)的電樞只承受單極性的電壓；雙極性的工作方式是指一個PWM周期內(nèi)電機(jī)電樞兩端的電壓呈正負(fù)變化。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種，圖26為LED的共陰極和共陽極接法。動態(tài)顯示的特點(diǎn)是：每一時刻只能有一位數(shù)碼管被點(diǎn)亮，各位依次輪流放點(diǎn)亮；對于每一位來說，每隔一段時間點(diǎn)亮一次。 測速模塊 測速元件的選擇現(xiàn)在所用的測速元件比較多，光電編碼器是一種將測得的角位移轉(zhuǎn)換為脈沖形式信號輸出的數(shù)字傳感器，它在測速的同時也可以測得直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)方向，本設(shè)計中驅(qū)動芯片L298可以控制直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)方向，與此重復(fù)。稱為霍爾元件的靈敏度，它與元件材料的性質(zhì)、幾何尺寸有關(guān)。雖然獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤都要用到4個I/O口，但是應(yīng)用獨(dú)立式鍵盤結(jié)構(gòu)簡單且不造成按鍵的浪費(fèi)，故采用獨(dú)立式鍵盤。第三章 硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計原理系統(tǒng)主要由MSP430單片機(jī)及其最小系統(tǒng)、直流電機(jī)、驅(qū)動、鍵盤、LED顯示、霍爾元件等組成。我們采用雙路輸出的直流穩(wěn)壓電源。SPX1117有很低的靜態(tài)電流。一般簡單的復(fù)位電路可以采用RC復(fù)位，但是很不穩(wěn)定，可靠性不高，尤其在高速和龐大的系統(tǒng)中使根本不能采用的，在MSP430系統(tǒng)中，我們都采用專門的復(fù)位芯片來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。RST高電平有效RST輸出輸出為的補(bǔ)充，一旦RST為高，為低，反之亦然。低頻振蕩器支持超低功耗，它在低頻模式下使用一個32KHZ的晶體，32KHZ的晶體連接在XIN和XOUT引腳上，不需要任何電容，在低頻模式下內(nèi)部集成了電容。 PWM波調(diào)速 直流電機(jī)PWM的調(diào)速原理脈寬調(diào)制控制技術(shù)通常簡稱為PWM控制技術(shù)，是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，把直流電壓變成電壓脈沖列，控制電壓脈沖的寬度或周期已達(dá)到變壓目的，或控制電壓脈沖的寬度或周期以達(dá)到變壓變頻目的的一種控制技術(shù)。 TimerA實現(xiàn)PWM1． MSP430單片機(jī)的TimerA特性1) 具有16位計數(shù)器，4種工作模式。9) 具有8種輸出方式選擇，3個可配置輸出單元。停止模式：當(dāng)MC1=0,MC1=0時定時器工作在停止模式。在該模式下，定時器先增計數(shù)到CCR0的值，然后反向減計數(shù)到0。比較模式。8種輸出模式為：輸出模式0：輸出模式。輸出在TAR的值等于CCRX時翻轉(zhuǎn)，輸出信號周期是定時器周期的2倍。故采用輸出模式7。 鍵盤調(diào)速調(diào)速裝置主要是通過鍵盤來實現(xiàn)，按所期望的狀態(tài)按下所對應(yīng)鍵盤，電路圖如圖37。在TLP5211的輸出端接反相器74HC14后再送給電機(jī)驅(qū)動芯片L298的使能輸入端ENA來驅(qū)動電機(jī)。以確定直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)方向。ENA接PWM波，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速；ININ2用來組合控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。圖311 L298控制時序圖 LED顯示在顯示中使用共陽數(shù)碼管顯示直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，為了節(jié)省I/O口，我們使用74LS47來把BCD碼轉(zhuǎn)換成七段LED顯示，所以在單片機(jī)中輸出轉(zhuǎn)速的數(shù)值要用BCD表示。BI=0時，不論LT和輸入A3，A2，A1，A0為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為高電平，使共陽極數(shù)碼管熄滅。設(shè)計中我采用了通過控制三極管來選通LED的方法。在電機(jī)的轉(zhuǎn)葉上貼上兩片小磁鋼，那么電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈霍爾傳感器輸出兩個脈沖。其中用到引腳1數(shù)據(jù)輸入端、2數(shù)據(jù)輸出端、14電源端、將邊沿變化緩慢的周期性信號變?yōu)檫呇睾芏傅木匦蚊}沖信號。因此研究直流電機(jī)的速度控制，有著非常重要的意義。在論文完成之際，我還要感謝所有任課老師和教輔人員對我在學(xué)習(xí)和生活中的關(guān)心和教誨，特向他們的精心授業(yè)和辛勤工作，表示深深的敬意和感謝！本文在寫作過程中參考了大量的文獻(xiàn)資料，主要文獻(xiàn)資料已經(jīng)列出來，本文的有些句子或段落引自這些參考文獻(xiàn)，在此向所有的作者表示深深的感謝。通過這些部件完成了對硬件電路的設(shè)計。觸發(fā)器在信號的上升沿和下降沿的不同點(diǎn)開、關(guān)。即捕獲功能，可以捕捉到脈沖的觸發(fā)沿，從而可以記錄到脈沖的個數(shù)。、它們所對應(yīng)的LED顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)LT=0時，無論輸入A3，A2，A1，A0為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為低電平，若驅(qū)動的數(shù)碼管正常，是顯示8。圖311為L298內(nèi)部三極管根據(jù)輸入信號變化的時序圖。對于另外一個模塊的三個引腳選擇懸空。以電機(jī)正轉(zhuǎn)為例，當(dāng)IN1為高電平時，V1和V4導(dǎo)通時，V2和V3關(guān)斷，電機(jī)兩端加正向電壓，可以實現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。 電機(jī)驅(qū)動電路 電氣隔離電路光耦TLP521將控制電路與主電路隔離開，防止主電路對單片機(jī)造成沖擊，以確保單片機(jī)的正常工作。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。輸出在TAR的值等于CCRX時復(fù)位，當(dāng)TAR的值等于CCR0時置位。輸出在TAR的值等于CCRX時置位，當(dāng)TAR的值等于CCR0時復(fù)位。D觸發(fā)器的輸出就是輸出信號源。捕獲模式。這種模式適應(yīng)于定時周期為65536的連續(xù)計數(shù)情況。TimerA具有可選的8種輸出模式，支持PWM輸出。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。故改變值就可以達(dá)到調(diào)壓的目的。 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。外接震蕩元件一般選用晶體振蕩器。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。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31（b） 單片機(jī)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