【正文】 作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。它能充分利用電機(jī)的過載能力，在過渡過程中保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動系統(tǒng)以最大的加速度啟動，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。對于非自動模式，檢測范圍位一旦選定，將不可改變，以免使轉(zhuǎn)換結(jié)果失效。 注意： ? 一次轉(zhuǎn)換在啟動后必須在下一次轉(zhuǎn)換啟動前完成，否則將會產(chǎn)生不可預(yù)測的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。通過對輸入允許寄存器（ AEN）的相應(yīng)位編程，使數(shù)據(jù)在全部 8個通道或者所選擇的通道上輸入 ,通道上的數(shù)據(jù)可從輸入緩存寄存器（ AIN）讀出，根據(jù)輸出控制寄存器（ ACTL）中的位 11 狀態(tài)（置位 /復(fù)位）， A/D轉(zhuǎn)換器有兩種工作模式，即 14 位或者 12 位，再經(jīng)多路切換進(jìn)入轉(zhuǎn)換器的輸入電路轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換結(jié)果保存在輸出數(shù)據(jù)緩存寄存器（ ADAT）中，并保持到 ACTL 中的開始轉(zhuǎn)換位（ SOC）置位啟動下一次新 的轉(zhuǎn)換時釋放，通過讀取 ADAT 寄存器，結(jié)果將出現(xiàn)在 16位總線上。 三相橋式全控整流電路如圖 34 所示。 表 31 L298控制信號與直流電機(jī)轉(zhuǎn)向關(guān)系 ENA IN1 IN2 電機(jī)狀態(tài) H H L 正轉(zhuǎn) H L H 反轉(zhuǎn) H H H 快速停止 H L L 快速停止 L X X 自由停止 (3)三相橋式全控整流電路 [9]：電路 由 一組共陰極和一組共陽極 絕緣柵雙極晶體管（ IGBT） 串聯(lián)起來構(gòu)成的。 圖 32 TLP5211實(shí)現(xiàn)電氣隔離電路圖 由圖 32知，當(dāng) TLP5211的輸入端 Vin 為高電平時，對應(yīng)的輸出端 Vout 為低電平，因此為了保證 MSP43 的 輸出 PWM 波的極性，在 TLP5211的輸出端接反相器 74HC14 后，再送給電機(jī)驅(qū)動芯片 L298 的輸入使能端 ENA 來驅(qū)動電機(jī)電機(jī)。本文采用光耦隔離的方法，先把 MSP430 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(shí)現(xiàn)單片機(jī)與外部電路之間的電氣隔離。 MSP430F2619 的 和 端口輸出值經(jīng)光耦 TLP5212 隔離后送給電機(jī)驅(qū)動芯片 L298 的 IN1 和 IN2 端口，以確定直流電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)方向。轉(zhuǎn)換值與給定值進(jìn)行代數(shù)和運(yùn)算，偏差作為數(shù)字 PI 控制器的輸入。 9 3 直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)組成原理圖 基于 MSP430系列單片機(jī)的特點(diǎn)，直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) [8]電路原理如圖 31所示，調(diào)速系統(tǒng)包括 MSP430F2619 單片機(jī)上位機(jī)、液晶轉(zhuǎn)速顯示屏、光耦 TLP521反相器、光耦 TLP5212 、直流電機(jī)驅(qū)動芯片 L298 直流電動機(jī)、測速發(fā)電機(jī)、電流濾波電路、電流調(diào)理電路、轉(zhuǎn)速濾波電路和轉(zhuǎn)速調(diào)理電路。今年來，由于大功率晶體管 (GTR)，特別是 IGBT 功率器件的制造工藝成熟、成本不斷下降，大功率半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)的直流 電動機(jī)脈寬調(diào)速基于 MSP430 的直流電機(jī) PWM 調(diào)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 系統(tǒng)才獲得迅猛發(fā)展，目前其最大容量已超過幾十兆瓦數(shù)量級 。如果采用反饋控制系統(tǒng)，調(diào)速范圍可達(dá) 50:1～ 150:1， 甚至更大。 在此方法中，由于電動機(jī)在任何轉(zhuǎn)速下磁通都不變，只是改變電動機(jī)的供電電壓，因而在額定電流下 ，如果不考慮低速下通風(fēng)惡化的影響（也就是假定電動機(jī)是強(qiáng)迫通風(fēng)或?yàn)榉忾]自冷式），則不論在高速還是低速下，電動機(jī)都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，故稱這種調(diào)速方法為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 2. 改變電樞電壓調(diào)速 變電樞電壓調(diào)速 有 兩種方法 ： 一種是采用發(fā)電機(jī) 電動機(jī)組供電的調(diào)速系統(tǒng) ；另一種是采用晶閘管變流器供電的調(diào)速系統(tǒng)。 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu) 直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖 21；其主要結(jié)構(gòu)為：主磁極、機(jī)座、換向極、端蓋、電刷裝置、電樞鐵心、電樞繞組、換向器、磁系統(tǒng)。 （ 8） 喚醒時間短 ,從低功耗模式下喚醒僅需 6μ s。 （ 6） 具有 串行在線編程能力。 （ 4） 靈活的時鐘系統(tǒng) (兩個外部時鐘和一個內(nèi)部時鐘 )。 （ 2） 高效 16 位 精簡指令集 （ RISC） 2CPU， 27 條指令， 8MHz 時鐘頻率時，指令周期時間 125ns，絕大多數(shù)指令一個時鐘周期完成； 32kHz 時鐘頻率時， 16位MSP430單片機(jī)的執(zhí)行速度高于典型的 8位單片機(jī) 20MHz時鐘頻率時的執(zhí)行速度。 MSP430 系列單片機(jī)具有豐富的片內(nèi)外設(shè)，有極其廣闊的應(yīng)用范圍，它們分別基于 MSP430 的直流電機(jī) PWM 調(diào)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 是以下一些（如表 21）： 表 21 外圍模塊的不同組合 看門狗 (WDT) 定時器 A(TimerA) 定時器 B(TimerB) 比較器 串口 0、 l(USARTO、 l) 硬件乘法器 液晶驅(qū)動器 10位八 2 位 ADC 14位 ADC(ADC14) 端口 0(PO) 端口 l— 6(PI 一 P6) 基本定時器 (BasieTimer) 其中，看門狗可以使程序失控時迅速復(fù) 位；比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時器可以設(shè)計(jì)為 A/D 轉(zhuǎn)換器；定時器具有捕獲 /比較功能，可用于事件計(jì)數(shù)、時序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有兩個串口，可方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多中斷能力的并行端口，最多達(dá) 6 8 條的 I/O 口線；轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率最高可達(dá) 200kbps，絕對能滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動液晶多達(dá) 120段； MSP43O 系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。這些微處理器被設(shè)計(jì)為可用電池工作，而且可以使用很長時間。 2020 年底和 2020 年期間又陸續(xù)推出了 F15x 和 F16x 系列產(chǎn)品 ，并且 有兩方面的發(fā)展 ： 一是將存儲器 RAM 容量大大增加 ； 二是增加了 I2C、 DMA、 DAC12 和 SVS等外圍模塊 。這為系統(tǒng)軟件的升級提供了又一方便的手段。這個系列采用 20腳封裝，內(nèi)存容量、片上功能和 I/O 引腳數(shù)比較少，但是價格比較低廉。這也表明了這幾個系列的開發(fā)模式，即：用戶可以用 EPROM 型開發(fā)樣機(jī)；用 OTP型進(jìn)行小批量生產(chǎn)；而 ROM型適應(yīng)大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。每一系列有 只讀內(nèi) 存（ ROM） 型（ C）、 動態(tài)口令（ OTP） 型（ P） 、 和 可擦除可編程 ROM（ EPROM）型（ E）等芯片。該系列單片機(jī)多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。 基于 MSP430 的直流電機(jī) PWM 調(diào)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 5 2 MSP430 系列單片機(jī)概述與直流電動機(jī)調(diào)速方式簡介 MSP430 系列單片機(jī)簡介 MSP430 系列單片機(jī) [5]是美國 德州儀器 （ TI） 公司于 1996 年開始推向市場的一種 16 位超低功耗單片機(jī) 、 具有 精簡指令集 （ RISC）的混合信號處理器（ Mixed Signal Processor）。 第四章：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。 第二章： MSP430 系列單片機(jī)概述與直流電動機(jī)調(diào)速方式簡介。 3 對設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)。 明確直流電機(jī) PWM 調(diào)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及研究的基本思路。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 , 調(diào)速性能可靠 , 易于維護(hù) , 易于改變算法 , 性價比高。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在突加給定下的跟隨性能、動態(tài)限流性能和抗擾動性能等，都比單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)要好。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)為外環(huán)，其作用是保證系統(tǒng)的穩(wěn) 速精度。 70 年代以來 ,在我國的冶金、機(jī)械、制造以及印染工業(yè)等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用 。因此， PWM又被稱為開關(guān)驅(qū)動裝置。 在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中 ,當(dāng)電機(jī)通電時 ,其速度增加；電機(jī)斷電時 ,其速度降低。這些調(diào)壓調(diào)速法具有平滑度高、能耗少、精度高等優(yōu)點(diǎn) , 在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用 , 其中 PWM的應(yīng)用更為廣泛。 隨著電力電子的發(fā)展 , 出現(xiàn)了許多新的電樞電壓控制方法。 PWM 調(diào)速技術(shù) 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用最廣的一種調(diào)速方法 是： 改變電樞電壓調(diào)速 。特別是大規(guī)模集成電路技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的精度、動態(tài)性能、可靠性有了更大的提高。但此方法的主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)重量大、占地多、效率低及維修困難。 30年代末期，發(fā)電機(jī) 電動機(jī)系統(tǒng)的出現(xiàn)才使調(diào)速性能優(yōu)異的直流電動機(jī)得到廣泛應(yīng)用。這種方法簡單易行、設(shè)備制造方便、價格低廉；但缺點(diǎn)是效率低、機(jī)械特性軟，不能得到較寬和平滑的調(diào)速性能。而 MSP430 是一種高性價比和高集成度的低功耗單片機(jī)，目前開始應(yīng)用于直流電機(jī)調(diào)速控制中。 在全控型電 力電子器件問世后，基于脈寬調(diào)制的高頻開關(guān)控制的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)（ PWM 調(diào)速系統(tǒng)） 的應(yīng)用，不僅使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，而且使直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。首先實(shí)現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機(jī)電動機(jī)組及水銀整流裝置使直流電氣傳動完成了一次大的躍進(jìn)。The use of pulse width modulation (PWM) DC conversion technology, with speed and high precision, fast response, wide speed range and low loss characteristics, not only to achieve realtime adjustment of motor speed, but also embodies the energy conservation. This paper introduces an ultralow power TI