【導(dǎo)讀】氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是工業(yè)過(guò)程控制的重要調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，本文研究的調(diào)節(jié)型閥門(mén)控制器。位精度以及控制靈活性。器的總體及硬件設(shè)計(jì)。論文主要解決了基于MSP430單片機(jī)的閥門(mén)硬件控制、電源相序。的檢測(cè)、電機(jī)保護(hù)等關(guān)鍵問(wèn)題。并且由基于MSP430的單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)。字化、智能化控制，提高了控制精度。針對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)閥門(mén)電動(dòng)裝置主要為機(jī)械式開(kāi)關(guān)控。并且開(kāi)發(fā)了集執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)單元、調(diào)節(jié)控制單元、現(xiàn)場(chǎng)顯示儀表等為。一體的機(jī)電一體化智能電動(dòng)執(zhí)行器。動(dòng)裝置生產(chǎn)水平，參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　

【正文】 節(jié)存放寫(xiě)入 WDTCTL 的數(shù)據(jù)，高字節(jié)必須是口令 05Ah。任何 05Ah 以外的數(shù)值寫(xiě)入 WDTCTL 的高字節(jié)，將產(chǎn)生一次系統(tǒng)復(fù)位 PUC。讀口令 時(shí)，它的值是 069h。這使對(duì) WDTCTL 寄存器的意外寫(xiě)操作減至最少。除了看門(mén)狗定時(shí)器的控制位外，還有用于配置 NMI 引腳的兩位也包含在 WDTCTL 寄存器中。 WDT 的工作模式是有 WDTCTL 寄存器中的 TMSEL 決定。當(dāng) TMSEL 為 0 時(shí)， WDT工作在看門(mén)狗模式。當(dāng) TMSEL 為 1時(shí)， WDT 工作在定時(shí)器模式。 看門(mén)狗的目的在于發(fā)現(xiàn)程序跑飛時(shí)，看門(mén)狗計(jì)數(shù)器由于得不到用戶程序使其清零，發(fā)生溢出，導(dǎo)致 CPU 復(fù)位，這樣 CPU 又會(huì)重新運(yùn)行用戶程序。所以，使用看門(mén)狗時(shí)，必須周期性的在 WDTCTL 的 CNTCL 位寫(xiě) 1，進(jìn)行喂狗，使 看門(mén)狗計(jì)數(shù)器復(fù)位。當(dāng)然，可以不用看門(mén)狗定時(shí)器，以節(jié)省功耗。將 WDTCTL 中的 HOLD 置 1 時(shí)，看門(mén)狗計(jì)時(shí)器停止工作。 16 位定時(shí)器 A 16 位定時(shí)器 A（ Timer_A）是 MSP430 所有系列器件都有的模塊，是一個(gè)用途非常廣泛的通用 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。它有 一下 一些特點(diǎn)： 16 位計(jì)數(shù)器， 4 種工作模式； 多種可選的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘源 ； 具有多個(gè)可配置輸入端的捕獲 /比較寄存器 ； 有 8種輸出模式的多個(gè)可配置的輸出單元。 16 位定時(shí)器 A可支持同時(shí)進(jìn)行的多種時(shí)序控制、多個(gè)捕獲 /比較功能及多種輸出波形，也可以是幾種功能的組合 。每個(gè)捕獲 /比較寄存器可以以硬件方式支持實(shí)現(xiàn)串行通信。同時(shí) 16 位定時(shí)器具有中斷能力。中斷可由計(jì)數(shù)器溢出引起，也可來(lái)自具有捕獲或比較功能的捕獲 /比較寄存器。每個(gè)捕獲 /比較模塊可獨(dú)立編程，由捕獲或比較外部信號(hào)以產(chǎn)生中斷。外部信號(hào)可以是上升沿，也可以是下降沿，也可二者都有。 16 位定時(shí)器 A可分解成及部分：計(jì)數(shù)器部分、捕獲 /比較寄存器及輸出單元。其中，計(jì)數(shù)器部分完成時(shí)鐘源的選擇與分頻、模式控制及計(jì)數(shù)功能；捕獲 /比較寄存器用于捕獲事件發(fā)生的時(shí)間或產(chǎn)生時(shí)間間隔；輸出單元用于產(chǎn)生用戶需要的輸出信號(hào)。 16位定時(shí)器 A的 寄存器 16 位定時(shí)器 A 有 TACTL、 TAR、 CCTLX、 CCRX、 TAIV 等寄存器。 其中 TACTL(控制寄存器 )集中了 TimerA 的全部控制，包括定時(shí)長(zhǎng)度、輸入的時(shí)鐘源和分頻選擇、計(jì)數(shù)模式選擇以及中斷設(shè)置等功能 。 TAR (計(jì)數(shù)器 )中保存 TimerA 定時(shí)器的計(jì)數(shù)值 ；TACCTLx(捕獲 /比較寄存器 )針對(duì) TimerA中的 7個(gè)捕獲比較模塊獨(dú)立設(shè)置的控制寄存器，天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 通過(guò)設(shè)置相應(yīng)模塊的寄存器，能夠控制該模塊的捕獲方式、輸入選擇、中斷能力以及輸出模式等 ； TACCRx(捕獲 /比較寄存器 )在捕獲方式下，當(dāng)滿足捕獲條 件時(shí)，硬件自動(dòng)將TAR 中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入該寄存器，用戶可以讀取該寄存器 ；在 比較方式下，用戶根據(jù)定時(shí)器的工作模式向該寄存器中寫(xiě)入相應(yīng)的數(shù)據(jù)取得定時(shí)結(jié)果 ； TAIV (中斷向量寄存器 )用于存儲(chǔ)中斷向量的請(qǐng)求源，系統(tǒng)按照優(yōu)先級(jí)的順序執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，訪問(wèn) TAIV寄存器能夠自動(dòng)的將優(yōu)先級(jí)最高的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位復(fù)位 。受 TACTL 控制寄存器中 MC0 和MC1 控制位的控制。 16位定時(shí)器 A的工作模式 TimerA 有 4種工作模式 :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。設(shè)置 MC0== 1 則 TimerA 工作在增 /減計(jì)數(shù)模式下，該模式下 TAR中計(jì)數(shù)值示意如圖 所示。 圖 增 /減計(jì)數(shù)模式下的計(jì)數(shù)器 TAR Fig. Increase / decrease counting mode of counter TAR TAR 計(jì)數(shù)器的先增加然后減少，在增計(jì)數(shù)階段，增計(jì)數(shù)到 CCR0 時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，轉(zhuǎn)為減計(jì)數(shù)模式，當(dāng)減計(jì)數(shù)到 0時(shí)， TAIFG 標(biāo)志位置位，并重新開(kāi)始增計(jì)數(shù)階段。由此可見(jiàn)，這種模式的計(jì)數(shù)周期為 CCR0 值的 2倍。所以常用于須得到對(duì) 稱波形的場(chǎng)合。 增 /減計(jì)數(shù)模式時(shí)，中斷標(biāo)志位 CCIFG0 或 TAIFG 會(huì)在相等的時(shí)間間隔置位。在一個(gè)完整的周期中，每個(gè)標(biāo)志位只置位一次，分別在半周期時(shí)發(fā)生。當(dāng)定時(shí)器 TAR 的值從CCR0— 1増計(jì)數(shù)到 CCR0 時(shí)，中斷標(biāo)志位 CCIFG0 置位；當(dāng)定時(shí)器從 1減到 0時(shí)，中斷標(biāo)志 TAIFG 置位。 16 位定時(shí)器 A在各種模式下，改變 CCR0 的值，其結(jié)果不一樣。如在停止模式下，定時(shí)器沒(méi)有計(jì)數(shù)，其值不會(huì)發(fā)生改變；在增 /減計(jì)數(shù)模式下，在增計(jì)數(shù)時(shí)與增計(jì)數(shù)模式完全相同，在減計(jì)數(shù)時(shí)，新周期在減計(jì)數(shù)完成后才起作用。 捕獲 /比較模塊 該定 時(shí)器有 3 個(gè)相同的捕獲 /比較模塊。每個(gè)模塊都可以捕獲事件發(fā)生的時(shí)間或產(chǎn)生一定的時(shí)間間隔，它為實(shí)時(shí)處理提供了靈活的手段。當(dāng)發(fā)生捕獲事件或定時(shí)時(shí)間到都CCRO OH 天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 21 將引起中斷。該模塊可用于捕獲模式，也可用于比較模式，用 CCTLX 中的 CAPX 選擇模式，用 CCMX1 和 CCMX0 選擇捕獲條件。當(dāng) CAPX=1，則模塊工作于捕獲模式。 輸出單元 每個(gè)捕獲 /比較模塊都包含一個(gè)輸出單元，用于產(chǎn)生輸出信號(hào)。每個(gè)輸出單元有 8種工作模式，可產(chǎn)生基于 EQUX 的多種信號(hào)。輸出模式如下： （ 1） 輸出模式 0輸出模式。輸出信號(hào) OUTX由每個(gè)捕獲 /比較模 塊的控制寄存器 CCTLX中的 OUTX 位定義，并在寫(xiě)入該寄存器后立即更新。最終為 OUTX 直通。 （ 2） 輸出模式 1置位模式。輸出信號(hào)在 TAR 等于 CCRX 時(shí)置位。并保持置位到定時(shí)器復(fù)位或選擇另一種輸出模式為止。 （ 3） 輸出模式 2PWM 翻轉(zhuǎn) /復(fù)位模式。輸出在 TAR 的值等于 CCRX 時(shí)翻轉(zhuǎn)，當(dāng) TAR 的值等于 CCR0 時(shí)復(fù)位。 （ 4） 輸出模式 3PWM 置位 /復(fù)位模式。輸出在 TAR 的值等于 CCRX 時(shí)置位，當(dāng) TAR 的值等于 CCR0 時(shí)復(fù)位。 （ 5） 輸出模式 4翻轉(zhuǎn)模式。輸出電平在 TAR 的值等于 CCRX 時(shí)翻轉(zhuǎn)，輸 出周期是定時(shí)器周期的 2倍。 （ 6） 輸出模式 5復(fù)位模式。輸出在 TAR 的值等于 CCRX 時(shí)復(fù)位，并保持低電平直到選擇另一種輸出模式。 （ 7） 輸出模式 6PWM 翻轉(zhuǎn) /置位模式。輸出電平在 TAR 的值等于 CCRX 時(shí)翻轉(zhuǎn)，當(dāng)TAR 的值等于 CCR0 時(shí)置位。 （ 8） 輸出模式 7PWM 復(fù)位 /置位模式。輸出電平在 TAR 的值等于 CCRX 時(shí)復(fù)位，當(dāng)TAR 的值等于 CCR0 時(shí)置位。 輸出單元在輸出控制位的控制下，有 8 種輸出模式輸出信號(hào)。這些模式都與 TAR的值、 CCRX 的值 CCR0 的值有關(guān)。輸出控制位有 OMX0、 OMX OMX2。例如當(dāng) OMX2， OMX1，OMX0=011 時(shí)，為模式 3。除模式 0 外，其他的輸出都在定時(shí)器時(shí)鐘上升沿時(shí)發(fā)生變化。增計(jì)數(shù)模式時(shí)的輸出 如圖 所示： 天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 22 圖 增計(jì)數(shù)模式時(shí)的輸出實(shí)例 Fig. By counting the output mode examples 16 位定時(shí)器 B 16 位定時(shí)器 B與 16 位定時(shí)器 A的功能基本相同，但在 16 位定時(shí)器 B中沒(méi)有 SCCI位。 16 位定時(shí)器 B有如下特點(diǎn)： （ 1） 有 4種工作模式，有 4種可選計(jì)數(shù)長(zhǎng)度分別為 8， 10， 12 或 16位。 （ 2） 具有可選、可配置的計(jì)數(shù)器輸入 時(shí)鐘源。 （ 3） 有 7個(gè)獨(dú)立可配置的帶可配置輸入與雙緩沖比較寄存器的捕獲 /比較寄存器。 （ 4） 有 7個(gè)具有 8種輸出模式的可配置輸出單元。 16 位定時(shí)器 B 與 16 位定時(shí)器 A 在結(jié)構(gòu)上基本相同，但比 16 位定時(shí)器 A 稍復(fù)雜，因此功能有所增強(qiáng)，主要差異： （ 1） 16 位定時(shí)器 B 的計(jì)數(shù)長(zhǎng)度為 12 和 16位可編程，而 16 位定時(shí)器 A固定為 16 位。 （ 2） 16位定時(shí)器 B 沒(méi)有實(shí)現(xiàn) 16位定時(shí)器 A 中的 SCCI（比較器相等信號(hào)將選定的輸入信號(hào) CCIX 鎖存在鎖存器中，由 SCCIX 輸出）位的功能。 （ 3） 16位定時(shí)器 B 在比較模式下的捕獲 /比較寄存器功能與 16 位定時(shí)器 A不同，增加了比較鎖存器。 （ 4） 有的型號(hào)芯片的 16 位定時(shí)器 B輸出實(shí)現(xiàn)了高阻態(tài)。 天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 （ 5） 比較模式的原理也稍不同。在 16 位定時(shí)器 A 中， CCRX 寄存器中保存與定時(shí)器 TAR 相比較的數(shù)據(jù)，而 16位定時(shí)器 B中， CCRX 寄存器中保存的是要比較的數(shù)據(jù)，但定時(shí)器 TBR 并不與他相比較，而是將 CCRX 送到相應(yīng)的鎖存器之后，由鎖存器與定時(shí)器比較。 （ 6） 增加的比較數(shù)據(jù)鎖存器能夠讓設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出較精確的時(shí)間控制器件?？勺尪鄠€(gè)比較器成組工作，同時(shí)發(fā)生比較器的更新。 16 位定時(shí)器 B 寄存器、定時(shí)器模式、捕獲 /比 較模塊和輸出單元與 16 位定時(shí)器 A的基本相同，在這就不多介紹了。 MSP430F135IPM 的各端口 MSP430 有豐富的端口可供用戶使用。各種端口有豐富的功能及大量的控制寄存器供用戶操作。其中 P0、 P P2 具有中斷能力， TP0 具有三態(tài)輸出功能， S和 COM驅(qū)動(dòng)夜晶，大多數(shù)端口還有其他功能。本設(shè)計(jì)用 MSP430F135IPM 單片機(jī)，它有 P P PP P P6 口 共 48 個(gè)通用 I/O 端口，其中 P P 2 的 16 個(gè) I/O 口具有外部中斷的能力。對(duì)于所有的 Px口，都具有基本的 4個(gè) 8位的控制寄存器 : PxDIR:端口方向選擇寄存器。定義相互獨(dú)立的 8 個(gè) I/O 口對(duì)應(yīng)引腳輸入輸出方向， 0： I/O 引腳切換成輸入模式， 1： I/O引腳切換成輸出模式。 PxIN :端口輸入寄存器，只讀寄存器，用戶在設(shè)置正確的 I/O 口方向后，可以通過(guò)讀取該寄存器中的內(nèi)容，了解 I/O口的輸入狀態(tài)。此時(shí)引腳的方向必須選定為輸入，且用戶對(duì)它不能寫(xiě)入。 PxOUT:端口輸出寄存器，控制獨(dú)立的 8 個(gè) I/O 口對(duì)應(yīng)引腳的輸出狀態(tài)?？梢孕薷木幊獭⒅噶畹?，改變寄存器的內(nèi)容。讀取時(shí)，與引腳定義方向無(wú)關(guān)。 PxSEL:端口功能選擇寄存器， Px口處理具有基本的 I/O 口功能之外，通過(guò)引腳復(fù)用方式連接片內(nèi)的外設(shè)功能，通過(guò)設(shè)置 PxSEL 對(duì)應(yīng)位為 1來(lái)選擇內(nèi)部的第二功能。 除以上的 4 個(gè)基本設(shè)置寄存器外，具有響應(yīng)外部中斷能力的 P1 和 P2 口還具有與中斷功能相關(guān)的 3 個(gè) 8 位控制寄存器 : PxIE:端口中斷使能寄存器，設(shè)置獨(dú)立的 I/O 口是否具有使能中斷能力。 0：禁止該位中斷； 1：允許該位中斷。 PxIES:端口中斷觸發(fā)沿選擇寄存器，設(shè)置獨(dú)立的 I/O 口的中斷觸發(fā)方式，可以選擇上升沿觸發(fā) (0)或者是下降沿觸發(fā) (1)。 PxIFG:端口中斷標(biāo)志寄存器，該寄存 器中包含了相應(yīng)端口的中斷狀態(tài)信息，通過(guò)讀取該寄存器，能夠判斷相應(yīng)的引腳是否有中斷請(qǐng)求。 0：沒(méi)有中斷； 1：有中斷。 天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 24 MSP430F135IPM 的模數(shù)轉(zhuǎn)換 MSP430 系列單片機(jī)大部分都內(nèi)嵌模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊，且轉(zhuǎn)換精度在 10 位、 12 位、 14位不等。所以 MSP430 系列在數(shù)據(jù)采集等需求的應(yīng)用中使用非常方便。在 MSP430F135IPM中有 12 位的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。 ADC12 模塊能夠?qū)崿F(xiàn) 12 位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換，具有高速和通用的特點(diǎn)。除此之外，還有以下主要特點(diǎn)： 采樣速度可達(dá) 、 12 位轉(zhuǎn)換精度 ， 1 位非線性微分誤差， 1 位非線性積分誤差。 內(nèi)置采樣與保持電路。 有多種時(shí)鐘源可供給 ADC12 模塊，而且模塊本身內(nèi)置時(shí)鐘發(fā)生器。 內(nèi)置溫度傳感器。 配有 8路外部通道與 4 路內(nèi)部通道。 內(nèi)置參考電源，且參考電壓有 6種可編程的組合。 模數(shù)轉(zhuǎn)換有 4種模式，可靈活的應(yīng)用以節(jié)省軟件量及時(shí)間。 ADC12 內(nèi)核可關(guān)斷以節(jié)省系統(tǒng)能耗。 ADC12 使用方便，對(duì)它的操作使用相關(guān)的控制寄存器實(shí)現(xiàn)。該模塊的寄存器很多，大致可分為 4類：轉(zhuǎn)換控制類、中斷控制類、存儲(chǔ)控制類及存儲(chǔ)器類。 其中， 轉(zhuǎn)換控制類寄存器 ADC12CTL0,ADC12CTL1 中斷控制類寄存器 ADC12IFG,ADC121E,ADC12IV 存儲(chǔ)制類寄存器 ADC12MCTLO~ADC12MCTL15 存儲(chǔ)類寄存器 ADC12MEMO~ADC12MEM15 在轉(zhuǎn)換方式上，通過(guò)設(shè)定 ADC12CTLI 寄存器中的第二位和第三位 (CONSEQ)能夠針對(duì)使用者的需求設(shè)置 4 種轉(zhuǎn)換模式 :啟動(dòng)受控于用戶的單一通道一次采樣和轉(zhuǎn)換的單通道單次轉(zhuǎn)換模式 ； 啟動(dòng)受控于用戶的有序多通道一次采樣和轉(zhuǎn)換的序列通道單次轉(zhuǎn)換模式 ； 停止受控于用戶的單一通道的循環(huán)采樣和轉(zhuǎn)換的單通道多次轉(zhuǎn)換模式 ； 停止 受控于用戶的多通道的循環(huán)采樣和轉(zhuǎn)換的多通道順序轉(zhuǎn)換模