【正文】 30F149每個引腳都有第二功能，并且每個引腳可以獨(dú)立設(shè)置成輸入、輸出或者第二功能。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。2) 輸入、輸出可以任意結(jié)合使用。4) 有獨(dú)立的輸入/輸出寄存器。圖23為MSP430F149有關(guān)引腳的電路圖。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。XOUT 晶體振蕩器XT1的輸出端口, 連接32KHZ晶體。XT2OUT XT2的輸出端口，連接8KHZ晶體。，驅(qū)動L298的IN2端口有效從而驅(qū)動電機(jī)反轉(zhuǎn)。，主要用于TimerA的捕獲功能，從而記錄脈沖的個數(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。 光耦的選擇設(shè)計中由于只需要將單片機(jī)的PWM信號輸出端接光耦形成電氣隔離，而且輸出只需要與驅(qū)動的使能端相接，所以只需要一個輸入一個引腳一個輸出引腳，故接收PWM波信號的光耦選擇TLP5211。 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。光電耦合器亦稱光電隔離器，簡稱光耦。當(dāng)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(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實現(xiàn)了“電光電”轉(zhuǎn)換。近年來問世的線性光電耦合器能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或模擬電流信號，使其應(yīng)用領(lǐng)域大為拓寬。集電極—發(fā)射極電壓：55V（最小值）經(jīng)常轉(zhuǎn)移的比例：50%（最小）隔離電壓：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。TLP5212引腳：引腳3Anode 陽極 引腳2 、4Cathode陰極 引腳7Emitter發(fā)射級 引腳8Collector集電極當(dāng)輸入端引腳3加電信號時發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線后就產(chǎn)生光電流，從輸出端引腳8流出，從而實現(xiàn)了“電光電”轉(zhuǎn)換。它廣泛應(yīng)用于電平轉(zhuǎn)換、信號隔離、級間隔離、開關(guān)電路、遠(yuǎn)距離信號傳輸、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。 驅(qū)動模塊 驅(qū)動芯片的選擇該系統(tǒng)核心就是對小型直流電機(jī)進(jìn)行PWM調(diào)速控制。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。具有兩個使能控制端口，分別控制兩個電機(jī)的啟動和制動。L298有單極性、雙極性兩種工作方式。調(diào)速控制系統(tǒng)采用的是單極性方式。 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，它是由若干個發(fā)光二極管組成的?？刂撇煌M合的二級管導(dǎo)通時就能顯示出各種字符。在顯示轉(zhuǎn)速數(shù)值用7段顯示管即可。共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此共陰極接地。相應(yīng)的段被顯示。LED數(shù)碼管顯示器有二種工作方式，即動態(tài)顯示方式和靜態(tài)顯示方式。每只數(shù)碼管的共陽極或共陰極則與另一I/O相連，控制點(diǎn)被點(diǎn)亮的位。為了每位數(shù)碼管能夠充分被點(diǎn)亮，二極管應(yīng)持續(xù)發(fā)光一段時間。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。其特點(diǎn)為：各數(shù)碼管同時點(diǎn)亮，數(shù)碼管中的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，直到顯示字符改變?yōu)橹埂９式?jīng)綜合考慮決定選用LED數(shù)碼管動態(tài)顯示方式。使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時就會不斷的產(chǎn)生脈沖信號的輸出。這種傳感器不怕油污、灰塵，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。 霍爾效應(yīng)及其原理霍爾效應(yīng)：在一塊半導(dǎo)體薄片上，其長度為1，寬度為b，厚度為d，當(dāng)它被置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，如果在它相對的兩邊通以控制電流I，且磁場方向與電流方向正交，則在半導(dǎo)體另外兩邊將產(chǎn)生一個大小與控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B乘積成正比的電勢，該電勢稱為霍爾電勢，半導(dǎo)體薄片就是霍爾元件。霍爾電勢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，霍爾電勢的大小正比于控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B。 CS3020的特征及應(yīng)用：CS3020工作頻率寬(100KHZ)電源電壓范圍寬，使用非常方便。 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。有字面的對向自己，三根引腳從左向右分別是Vcc,地，輸出。在調(diào)速時可通過鍵盤對電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)、加速和減速控制。獨(dú)立式按鍵是指直接用I/O接口線構(gòu)成的單個按鍵電路。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活、軟件結(jié)構(gòu)簡單。故只在按鍵數(shù)量不多時采用這種按鍵電路。當(dāng)I/O口內(nèi)部有上拉電阻時，外電路可以不配置上拉電阻。其中，MSP430單片機(jī)是整個調(diào)速系統(tǒng)的核心。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。 電源，電機(jī)采用12V供電，又考慮到硬件系統(tǒng)要求電源具有穩(wěn)壓功能和紋波小的特點(diǎn)，另外也考慮到硬件系統(tǒng)的低功耗等特點(diǎn)，因此該硬件系統(tǒng)的電源先用LM7805穩(wěn)壓為5V給外圍模塊電路供電，用LM7812穩(wěn)壓為12V給電機(jī)供電?？刂撇糠值闹绷麟妱訖C(jī)的額定電壓為12V，邏輯元件需要+5V的直流電源。線性直流穩(wěn)壓電源電路較成熟，穩(wěn)定度高，紋波小，干擾小且電路簡單，對于固定式三端穩(wěn)壓器主要有7800系列（輸出正電壓）和7900系列（輸出負(fù)電壓），后兩位數(shù)字通常表示輸出電壓的大小。圖中C1是一個大容量的電解電容，起到低頻濾波的作用。而直流穩(wěn)壓電路輸出端的電容C3和C4是用作改善穩(wěn)壓電源電路的瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)特性。它可以用在一些高效率，小封裝的低功耗設(shè)計中。當(dāng)輸出電流減少時，靜態(tài)電流隨負(fù)載變化，并提高效率。為了確保SPX1117的穩(wěn)定性。也可以選用一個更大的輸出電容值（100uF）以增長負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。 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)。在這里采用SP708S，該芯片提供可靠的復(fù)位。圖32 復(fù)位電路圖SP708S系列屬于微處理器監(jiān)控器件。手動復(fù)位，其輸入為低電平有效。NC無連接。SP708S僅有一個復(fù)位輸出。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。 晶體單片機(jī)內(nèi)部有時鐘模塊只需要外接震蕩元件即可工作。單片機(jī)的基礎(chǔ)時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。低頻振蕩器也支持高頻模式和高速晶體，但連接時每端必須加電容。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為高速晶體和低速晶體的連接圖。 圖33（b）所示XIN和XOUT連接12KHZ的低速晶體。圖34給出了PWM調(diào)速系統(tǒng)的工作原理電路及其輸出波形。可以得到電機(jī)電樞端的平均電壓Ua，如公式(31)。設(shè)定輸入電壓Ud不變，越大，電機(jī)電樞端的平均電壓Ud越大，反之也成立。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。2) 具有多種可選的計數(shù)器時鐘源。4) 支持多時序控制、多個捕獲/比較功能及多種輸出波形(PWM)。6) 沒有自動重載時間常數(shù)功能，但產(chǎn)生的定時脈沖或PWM信號沒有軟件帶來的誤差。8) 具有完善的中斷服務(wù)功能。2． TimerA結(jié)構(gòu)(1)計數(shù)器部分計數(shù)器部分用來完成時鐘源的選擇與分頻、模式控制及計數(shù)等功能。(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(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。(3)輸出單元輸出單元用于產(chǎn)生用戶所需要的輸出信號。3．TimerA的工作原理(1)定時器工作模式TimerA共有4種計數(shù)工作模式：停止模式、增計數(shù)模式、連續(xù)計數(shù)模式和增減計數(shù)模式。定時器暫停，但并不發(fā)生復(fù)位。這種模式適應(yīng)于定時周期小于65536的連續(xù)計數(shù)情況。連續(xù)計數(shù)模式：當(dāng)MC1=1,MC1=0時定時器工作在連續(xù)計數(shù)模式。增減計數(shù)模式：當(dāng)MC1=1,MC1=1時定時器工作在增減計數(shù)模式。計數(shù)周期仍是由CCR0定義，它是CCR0計數(shù)器值的2倍，所以該模式常用于需要生成對稱波形的場合。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。可以通過CCMx1和CCMx0選擇捕獲的條件。當(dāng)CCTLx中的CAPx=1時，該模塊工作在捕獲模式。當(dāng)CCTLx中的CAPx=0時，該模塊工作在比較模式。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。輸出控制模塊的3個輸入信號經(jīng)模式控制位運(yùn)算后再輸出到D觸發(fā)器。D觸發(fā)器以定時器時鐘為時鐘信號，當(dāng)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1：置位模式。輸出模式2：翻轉(zhuǎn)/復(fù)位模式。輸出模式3：置位/復(fù)位模式。輸出模式4：翻轉(zhuǎn)模式。輸出模式5：復(fù)位模式。輸出模式6：翻轉(zhuǎn)/置位模式。輸出模式7：復(fù)位/置位模式。經(jīng)過比較，由于PWM波不用翻轉(zhuǎn)，只需要TAR的值等于CCR1時復(fù)位，當(dāng)TAR的值等于CCR0時置位。4．TimerA產(chǎn)生PWMPWM信號是一種具有固定周期和不同占空比的數(shù)字信號。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）。這樣TimerA就可以產(chǎn)生任意占空比的PWM波形，如下圖35所示。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(shù)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(chǎn)生不同的模擬信號，實現(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，對于其它系列的單片機(jī)可以使用上述方法利用TimerA實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，PWM輸出信號的值（占空比）是決定電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)鍵，單片機(jī)靠識別輸入的加速和減速信號來控制PWM輸出信號的值，電機(jī)轉(zhuǎn)速從0到最大值分256級調(diào)速，每按一次加速鍵，PWM值遞加一次，直至最大轉(zhuǎn)速；每按下一次減速鍵，PWM值遞減一次，直至轉(zhuǎn)速為0。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)。當(dāng)按下KEY1時占空比增大電機(jī)加速，當(dāng)按下KEY2時占空比減小電機(jī)減速，當(dāng)然在某種特定的環(huán)境下，還需要改變電機(jī)的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)時可以按下KEY3和KEY4以達(dá)到所期望的電機(jī)狀態(tài)，當(dāng)按下 KEY3或 KEY4時單片機(jī)將信息傳遞到驅(qū)動芯片的ININ2，從而實現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。圖38電氣隔離電路由圖38所示，當(dāng)TLP5211得輸入端Vin為高電平時，對應(yīng)的輸出端Vout為低電平；輸入端Vin為低電平時，對應(yīng)的輸出端Vout為高電平。 驅(qū)動電路圖39為驅(qū)動電路。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。其中V1和V4為一組，V2和V3為一組，兩種狀態(tài)互補(bǔ)，一組導(dǎo)通則另一組必須關(guān)斷。圖39 驅(qū)動電路如圖39所示，控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)IN1為高電平時電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)IN2為高電平時電機(jī)反轉(zhuǎn)。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)。本文設(shè)計只用其中一個模塊。該模塊有三個控制輸入端口：ENA、ININ2?？刂戚斎攵说碾娖胶碗姍C(jī)轉(zhuǎn)動狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系如表310所示。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。當(dāng)ENA為低電平時芯片禁止使用，無論 ININ2為任何輸入狀態(tài)，電機(jī)都會自由停止。由圖310可以看出，PWM波只有一種極性，當(dāng)IN1為高電平IN2為低電平時OUT1輸出波形與PWM波形一樣；當(dāng)IN2為高電平IN1為低電平時OUT2輸出波形與PWM波形一樣。下面給出LED與單片機(jī)的接口電路圖，如圖312。從而簡化了電路，節(jié)約了單片機(jī)的I/O端口問題。(1)LT: 試燈輸入，是為了檢查數(shù)碼管各段是否能正常發(fā)光而設(shè)置的。 (2)BI：滅燈輸入，是為控制多位數(shù)碼顯示的滅燈所設(shè)置的。 (3)RBI：滅