msp430小型直流电机控制系统的设计与实现(附件)【字数：7334】
摘 要本次设计的目的在于能够对直流电机的速度进行控制，实现方法为通过改变PWM的占空比。随着我国工业产业的越发繁荣，相应机械的要求也逐渐升高。要求多数机械能够实现对自身速度的控制。出于MSP430单片机具有运行快捷、高集成度、强大计算能力、外接接口丰富、能耗比低等优势，本次设计使用MSP430单片机来实现对直流电机的速度控制。通过程序设计来改变电机电压电路的开路以及断路的时间比(占空比)来控制电机的转速，只要以此种方式就可以实现对直流电机的速度控制，并通过光电编码检测来自电机的速度反馈。本次设计设置三个独立按键来控制电机的加速和减速以及复位功能，并通过程序实现LED的动态速度和波间宽度的具体体现。通过应用MSP430单片机来代替传统的模拟控制，能提高转速精度以及使系统具有更强的适应性和灵活性。
目 录
第一章 引言 1
1.1研究的目的 1
1.2设计的目标 1
1.3设计的意义 1
第二章 器件选用 2
2.1单片机MSP430介绍 2
2.2MSP430的特点 2
2.2.1超低功耗 2
2.2.2强劲的处理能力 3
2.2.3丰富的片内外设? 3
2.2.4系统工作稳定? 3
2.2.5方便高效的开发环境 4
2.3MSP430型号的选择 4
2.4MSP439F149的特性 4
2.4.1MSP430F149的特点 5
2.4.2MSP430F149引脚 5
2.4.3MSP430F149的存储器? 6
2.4.4MSP430F149的I/O口? 7
2.5驱动模块 8
第三章 电路设计 10
3.1直流电机调速设计 10
3.2显示电路设计 10
3.3复位电路设计 11
3.4驱动电路设计 12
3.5测速电路设计 12
第四章 硬件与软件设计 14
4.1硬件连接 14
4.2程序烧录 16
4.3该系统的操作方法 16< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
br /> 4.4研究设计结果 16
结束语 17
致 谢 18
参考文献 19
附录 20
附录A 函数程序1 20
附录B 函数程序2 21
附录C 主程序 23
第一章 引言
1.1研究的目的
新世纪以来，我国工业蓬勃发展，在设计和制造技术上有很大改进，伴随着新材料以及新技术的出现, 电动机种类不断繁多扩大，广泛应用于各传统工业部门。由于直流电机适用多数实验环境并且具有很多优势，现在直流电机仍然是绝大多数调速电机中最优选的其中一个。因此对直流电机的速率控制进行研究，仍然是至关重要的。通过使用德州仪器(TI)的MSP430系列单片机，让直流电机达到平稳的速度的设计，能够顺利改变电机电枢电压，实现电机调速功能。
1.2设计的目标
过去十年来，随着微电子信息技术和计算机信息技术的日益发达和各种单片机系列应用的普及，速度调制器件变得越来越小型化，成熟化和串行化，出现更多的新型电枢电压控制方法，其中PWM（脉宽调制）是一种常用的速度控制方法。其基本原理是改变电机电枢（定子）的电压开关时间比（占空比），以对直流电机的转速进行调制，在脉宽控制系统中，电机电路通路时速度提高;当电机电路开路时，其速度降低[1]。只要按照规律改变通电，断电的时间比，可以使电机转速处于稳定状态。在单片机控制脉宽控制系统中，占空比S可以由定时器或延时软件产生。 本次的MSP430系列单片机可以通过自带光电编码器的41线385标准电机输出控制PWM方波，通过编程来控制直流电机脉宽，让直流电机能够根据我们的速度要求进行工作。
1.3设计的意义
对转速进行调制历史时间最长的电机就是直流电机,一直占据着速度控制的优势很长时间。跟随着工业产业的发展，直流电机驱动能力包括制动能力、动力特性等在内的多个指标需要更高的指标，其中直流调速系统也是其中一项指标。因此，随着工业技术要求的越发严格，对其中的常青树直流电机进行调速方面的研究仍然具有十分重要的意义[2]。
第二章 器件选用
2.1单片机MSP430介绍
美国德州仪器公司（TI）于1996年推向市场的MSP430系列单片机是一种16位的混合信号处理器，由于功耗非常低，片内外设丰富，方便灵活的开发手段，应用于通信、能量收集、USB通信应用、计量仪表、安防等多个领域。
2.2MSP430的特点
虽然MSP430系列单片机问世时间不是很长，但由于其功能强大，运算速度迅捷，在短短几年时间内已经发展得极为迅速。
2.2.1超低功耗
MSP430单片机系列对功耗十分看重，用户可以根据自己的需要，通过选择不同频率段的时钟对应不同的模块，来达到资源低功耗的合理运用。MSP430单片机的时钟系统是其能够实现低功耗的主要因素，它可以优化低功耗模式的时间段，凭借CPU进入休眠省电模式来完成优化[3]。MSP430系列单片机的基本时钟系统操作如图21所示。MSP430单片机有5种省电模式。只要任意中断被响应，控制位就压入堆栈进行存档，重新执行中断命令后，系统才再次恢复工作模式。MSP430单片机通过对模块智能化管理以及不同CPU状态组合，来实现超低功耗目标[4]。MSP430单片机中的各个模块独立运行，各不干涉，当工作模块需要CPU进行配合工作时，可以随时唤醒CPU，使系统达到运转要求，可以以此达到低功耗的效果，然而其他单片机系类并不具有这种优秀的工作模式。在普通的工作状态下，CPU可以设为低功耗模式，当处于需要CPU工作时，可以通过命令将CPU唤醒，来使其工作，来完成CPU所需要完成的任务，之后再次恢复休眠模式，达到一个闭环效果。
图21 基本时钟系统操作模式
总体说，MSP430系列单片机已经是堪称目前世界上功耗最低的单片机，凭借一枚普通的干电池，单片机系统的正常续航时间可以接近8年。
2.2.2强劲的处理能力
MSP430系列单片机是参与运算的数据位数是16位，所使用的框架结构是目前使用广泛的RISC结构，某些型号有硬件乘法器、DMA模块。一个时钟周期可以执行一条指令，使MSP430在晶振工作时，增快速度[5]。同时，有些MSP430系列型号单片机中，采用DMA等先进结构模块、16位多功能硬件乘法器，极大增强了处理数据和计算能力，可以有效地实现FFT、DTMF等算法。
2.2.3丰富的片内外设?
MSP430系列单芯片成员拥有丰富的片上外设。主要模块包括：10/12/14位模数转换器（ADC），12位数模转换器（DAC），看门狗（WDT），SVS定时器A（Timer_A）、定时器B（Timer_B）、IIC（同步串行通信）、通用异步收发传输器（UART）、硬件乘法器（MPY）、直接数据存取（DMA）、实时时钟芯片（RTC）、液晶驱动器、端口1~8（P1~P8）、基本定时器（Basic?Timer）等。其中主时钟出现故障，看门狗自动启动内部时钟，根据不同模块的时钟基准，将时钟的输出频率提供给不同的模块；端口直接用于输入/输出，由于MSP430单片机没有单独的I/O指令，输入输出操作都是通过独特的指令来进行运作，其中P1端口和P2端口为普通的输入和输出端口，具有中断能力以及有可以对接片内外设的功能，P3端口至P8端口为普通输入和输出端口，具有可以对接片内外设的功能，S端口和COM端口也可用作普通输入和输出端口，它们具有液晶驱动功能；16位定时器由一个16位定时器和多路捕捉/比较通道组成，通过定时功能单独控制每个比较/捕获通道；12位A/D转换器对于数据的转换速率高达200KB/s，高速率是数据采集的重要保障，而ADC具有采样保持功能，即使模拟信号不稳定， ADC的转化也不会被影响；DMA可以让数据传输中的延迟情况得到缓解，最终让整个单片机系统达到数据高速传输的门槛要求；LCD驱动模块具有显示缓存，有四种驱动方法和多种扫描频率，用ACLK经基本定时器产生频率；硬件乘法器与CPU的16位外围模块相连，能够在不改变CPU接口以及指令的情况下增加相关功能，支持对运算有特殊要求的场合[6]。丰富的片上外设的组合，不仅提供了极大的方便，也对降本有所推进。?
目 录
第一章 引言 1
1.1研究的目的 1
1.2设计的目标 1
1.3设计的意义 1
第二章 器件选用 2
2.1单片机MSP430介绍 2
2.2MSP430的特点 2
2.2.1超低功耗 2
2.2.2强劲的处理能力 3
2.2.3丰富的片内外设? 3
2.2.4系统工作稳定? 3
2.2.5方便高效的开发环境 4
2.3MSP430型号的选择 4
2.4MSP439F149的特性 4
2.4.1MSP430F149的特点 5
2.4.2MSP430F149引脚 5
2.4.3MSP430F149的存储器? 6
2.4.4MSP430F149的I/O口? 7
2.5驱动模块 8
第三章 电路设计 10
3.1直流电机调速设计 10
3.2显示电路设计 10
3.3复位电路设计 11
3.4驱动电路设计 12
3.5测速电路设计 12
第四章 硬件与软件设计 14
4.1硬件连接 14
4.2程序烧录 16
4.3该系统的操作方法 16< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
br /> 4.4研究设计结果 16
结束语 17
致 谢 18
参考文献 19
附录 20
附录A 函数程序1 20
附录B 函数程序2 21
附录C 主程序 23
第一章 引言
1.1研究的目的
新世纪以来，我国工业蓬勃发展，在设计和制造技术上有很大改进，伴随着新材料以及新技术的出现, 电动机种类不断繁多扩大，广泛应用于各传统工业部门。由于直流电机适用多数实验环境并且具有很多优势，现在直流电机仍然是绝大多数调速电机中最优选的其中一个。因此对直流电机的速率控制进行研究，仍然是至关重要的。通过使用德州仪器(TI)的MSP430系列单片机，让直流电机达到平稳的速度的设计，能够顺利改变电机电枢电压，实现电机调速功能。
1.2设计的目标
过去十年来，随着微电子信息技术和计算机信息技术的日益发达和各种单片机系列应用的普及，速度调制器件变得越来越小型化，成熟化和串行化，出现更多的新型电枢电压控制方法，其中PWM（脉宽调制）是一种常用的速度控制方法。其基本原理是改变电机电枢（定子）的电压开关时间比（占空比），以对直流电机的转速进行调制，在脉宽控制系统中，电机电路通路时速度提高;当电机电路开路时，其速度降低[1]。只要按照规律改变通电，断电的时间比，可以使电机转速处于稳定状态。在单片机控制脉宽控制系统中，占空比S可以由定时器或延时软件产生。 本次的MSP430系列单片机可以通过自带光电编码器的41线385标准电机输出控制PWM方波，通过编程来控制直流电机脉宽，让直流电机能够根据我们的速度要求进行工作。
1.3设计的意义
对转速进行调制历史时间最长的电机就是直流电机,一直占据着速度控制的优势很长时间。跟随着工业产业的发展，直流电机驱动能力包括制动能力、动力特性等在内的多个指标需要更高的指标，其中直流调速系统也是其中一项指标。因此，随着工业技术要求的越发严格，对其中的常青树直流电机进行调速方面的研究仍然具有十分重要的意义[2]。
第二章 器件选用
2.1单片机MSP430介绍
美国德州仪器公司（TI）于1996年推向市场的MSP430系列单片机是一种16位的混合信号处理器，由于功耗非常低，片内外设丰富，方便灵活的开发手段，应用于通信、能量收集、USB通信应用、计量仪表、安防等多个领域。
2.2MSP430的特点
虽然MSP430系列单片机问世时间不是很长，但由于其功能强大，运算速度迅捷，在短短几年时间内已经发展得极为迅速。
2.2.1超低功耗
MSP430单片机系列对功耗十分看重，用户可以根据自己的需要，通过选择不同频率段的时钟对应不同的模块，来达到资源低功耗的合理运用。MSP430单片机的时钟系统是其能够实现低功耗的主要因素，它可以优化低功耗模式的时间段，凭借CPU进入休眠省电模式来完成优化[3]。MSP430系列单片机的基本时钟系统操作如图21所示。MSP430单片机有5种省电模式。只要任意中断被响应，控制位就压入堆栈进行存档，重新执行中断命令后，系统才再次恢复工作模式。MSP430单片机通过对模块智能化管理以及不同CPU状态组合，来实现超低功耗目标[4]。MSP430单片机中的各个模块独立运行，各不干涉，当工作模块需要CPU进行配合工作时，可以随时唤醒CPU，使系统达到运转要求，可以以此达到低功耗的效果，然而其他单片机系类并不具有这种优秀的工作模式。在普通的工作状态下，CPU可以设为低功耗模式，当处于需要CPU工作时，可以通过命令将CPU唤醒，来使其工作，来完成CPU所需要完成的任务，之后再次恢复休眠模式，达到一个闭环效果。
图21 基本时钟系统操作模式
总体说，MSP430系列单片机已经是堪称目前世界上功耗最低的单片机，凭借一枚普通的干电池，单片机系统的正常续航时间可以接近8年。
2.2.2强劲的处理能力
MSP430系列单片机是参与运算的数据位数是16位，所使用的框架结构是目前使用广泛的RISC结构，某些型号有硬件乘法器、DMA模块。一个时钟周期可以执行一条指令，使MSP430在晶振工作时，增快速度[5]。同时，有些MSP430系列型号单片机中，采用DMA等先进结构模块、16位多功能硬件乘法器，极大增强了处理数据和计算能力，可以有效地实现FFT、DTMF等算法。
2.2.3丰富的片内外设?
MSP430系列单芯片成员拥有丰富的片上外设。主要模块包括：10/12/14位模数转换器（ADC），12位数模转换器（DAC），看门狗（WDT），SVS定时器A（Timer_A）、定时器B（Timer_B）、IIC（同步串行通信）、通用异步收发传输器（UART）、硬件乘法器（MPY）、直接数据存取（DMA）、实时时钟芯片（RTC）、液晶驱动器、端口1~8（P1~P8）、基本定时器（Basic?Timer）等。其中主时钟出现故障，看门狗自动启动内部时钟，根据不同模块的时钟基准，将时钟的输出频率提供给不同的模块；端口直接用于输入/输出，由于MSP430单片机没有单独的I/O指令，输入输出操作都是通过独特的指令来进行运作，其中P1端口和P2端口为普通的输入和输出端口，具有中断能力以及有可以对接片内外设的功能，P3端口至P8端口为普通输入和输出端口，具有可以对接片内外设的功能，S端口和COM端口也可用作普通输入和输出端口，它们具有液晶驱动功能；16位定时器由一个16位定时器和多路捕捉/比较通道组成，通过定时功能单独控制每个比较/捕获通道；12位A/D转换器对于数据的转换速率高达200KB/s，高速率是数据采集的重要保障，而ADC具有采样保持功能，即使模拟信号不稳定， ADC的转化也不会被影响；DMA可以让数据传输中的延迟情况得到缓解，最终让整个单片机系统达到数据高速传输的门槛要求；LCD驱动模块具有显示缓存，有四种驱动方法和多种扫描频率，用ACLK经基本定时器产生频率；硬件乘法器与CPU的16位外围模块相连，能够在不改变CPU接口以及指令的情况下增加相关功能，支持对运算有特殊要求的场合[6]。丰富的片上外设的组合，不仅提供了极大的方便，也对降本有所推进。?
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