畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)電梯門控制器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、題目：基于單片機(jī)電梯門控制器設(shè)計(jì)摘 要伴隨著我國(guó)現(xiàn)代化程度的提高，電梯成為高層建筑中的重要交通工具。本文針電梯門的基本運(yùn)行特點(diǎn)從分析和比較入手，引出本課題所需要解決的問題，設(shè)計(jì)出一款電梯門機(jī)控制器，包括硬件和軟件兩方面的內(nèi)容。本文分析了異步電動(dòng)機(jī)SPWM變頻調(diào)速的工作原理和技術(shù)要點(diǎn)，異步電動(dòng)機(jī)的變頻控制系統(tǒng)采用單片機(jī)和智能功率模塊作為核心。單片機(jī)采用16位單片機(jī)MSP430F149，該芯片中集成了許多功能模塊，能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì);功率器件使用三菱智能功率模塊PS21265AP DIP-IPM，其內(nèi)置的驅(qū)動(dòng)功能和保護(hù)功能能夠大大的提高系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分按照功能和供電類型來劃分，在基

2、本的單片機(jī)和功率器件的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)用戶操作界面和相關(guān)的電源、保護(hù)電路等，硬件部分的大部分電路具有通用性，可以作為通用變頻器的系統(tǒng)硬件。通過軟件編程實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的檢測(cè)功能和輸出控制功能，使用C語(yǔ)言編寫軟件，具有語(yǔ)法簡(jiǎn)單、可移植性好和易于調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞: 電梯門變頻調(diào)速M(fèi)SP430單片機(jī)SPWM智能功率模塊目 錄摘要I目錄II第1章前言11.1 課題的研究背景和意義11.2 課題所需要解決的問題11.3 課題的主要研究?jī)?nèi)容和目的2第2章 MSP430F149單片機(jī)的介紹32.1系統(tǒng)微處理器結(jié)構(gòu)和原理32.2 MSP430單片機(jī)特點(diǎn)32.3 MSP430F149部分功能模塊3第3章電力電子器件與SPW

3、M調(diào)速63.1電力電子技術(shù)發(fā)展史63.2智能功率模塊(IPM)73.3基于MSP430單片機(jī)的電梯門控制器的設(shè)計(jì)7第4章電梯門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求94.1 電梯門控制器的工作環(huán)境94.2 門機(jī)變頻控制器的控制模式94.3 系統(tǒng)的開門和關(guān)門過程104.4 用戶界面的要求114.5 系統(tǒng)硬件總體構(gòu)124.6 系統(tǒng)功率電路134.7 IPM功率電源134.8 IPM功率驅(qū)動(dòng)134.9 IPM驅(qū)動(dòng)電源154.10 IPM驅(qū)動(dòng)與隔離電路164.11 系統(tǒng)低壓電源的設(shè)計(jì)164.12 低電壓電源處理部分174.13 外部開關(guān)量輸入與隔離電路174.14 繼電器及驅(qū)動(dòng)電路184.15 由MSP430F149組成

4、的控制核心184.16 按鍵的設(shè)計(jì)194.17 顯示電路的設(shè)計(jì)204.18 系統(tǒng)硬件連接埠的和接口設(shè)計(jì)204.19 硬件電路設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)21第5章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)235.1系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境介紹235.2系統(tǒng)基本軟件流程245.3系統(tǒng)的初始化265.4 MSP430F149溫度保護(hù)的設(shè)計(jì)285.5用戶參數(shù)的Flash存儲(chǔ)295.6 SPWM控制信號(hào)的發(fā)生程序305.7用戶設(shè)置界面的軟件設(shè)計(jì)33第6章結(jié)論35致謝37參考文獻(xiàn)38第1章 前言1.1 課題的研究背景和意義近年來全控性功率器件如雙極型晶體管(BJT)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT )、場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)以及新興的智能功率模塊的出現(xiàn)

5、和迅速發(fā)展，使得變頻器中所使用的功率逆變器件的體積不斷減小、功能不斷完善。尤其是最近出現(xiàn)的智能功率模塊(IPM)，不但能提供一定的輸出功率，而且內(nèi)部集成驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路等，具有控制、監(jiān)測(cè)和保護(hù)等功能，制造工藝的發(fā)展使得IPM結(jié)構(gòu)更加緊湊。利用SPWM技術(shù)在較高的載波頻率下工作，使得逆變器的輸出波形非常逼近于正弦波。使用全數(shù)字的控制方式不但能夠簡(jiǎn)化電路，還能夠改善系統(tǒng)的可靠性和易用性，同時(shí)能夠輕而易舉地為系統(tǒng)添加監(jiān)控、顯示和保護(hù)等功能。在電梯門機(jī)控制系統(tǒng)中使用集成度高、體積較小、運(yùn)行穩(wěn)定的智能化專用控制設(shè)備是一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。1.2 課題所需要解決的問題(1) SPWM在電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制中

6、的應(yīng)用，以及這種技術(shù)在微處理器上的實(shí)現(xiàn)方法。如何在所選定16位單片機(jī)MSP430F149上穩(wěn)定高效的實(shí)現(xiàn)三相SPWM控制波形的輸出問題。(2)電梯系統(tǒng)中的外部控制信號(hào)以何種方式與控制器進(jìn)行通訊，控制器對(duì)外部輸入的控制信號(hào)的響應(yīng)方式。在不同的輸入狀態(tài)下控制器的輸出狀態(tài)，以及控制器如何在各個(gè)狀態(tài)之間切換。(3)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)。異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)屬于弱電控制強(qiáng)電的系統(tǒng)，功率開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷都會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成很大的干擾，尤其是工作電壓較低的控制部分電路。同時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)受到外界的干擾，也會(huì)對(duì)外界的其他設(shè)備造成干擾，如何抑制干擾并且增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力成為影響系統(tǒng)能否穩(wěn)定工作的一個(gè)重要問題。(4)系統(tǒng)的

7、保護(hù)功能。門機(jī)控制系統(tǒng)必須能夠長(zhǎng)期、穩(wěn)定的工作，但是部分情況下出現(xiàn)的異常情況會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)硬件的損壞。因此，從硬件上和軟件上同時(shí)加入必要的保護(hù)手段來增強(qiáng)系統(tǒng)的保護(hù)功能也顯得尤為重要的。1.3 課題的主要研究?jī)?nèi)容和目的本設(shè)計(jì)中使用TI公司的16位高性能單片機(jī)MSP430F149作為控制核心、三菱公司的第3.5代智能功率模塊PS21265AP DIP-IPM作為功率逆變器件。針對(duì)本課題的主要工作，在論文中將工作主要分成以下幾個(gè)方面作闡述：(1)簡(jiǎn)要的描述了課題的研究背景和研究意義，分析了課題在研究和設(shè)計(jì)以及實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)遇到的技術(shù)性問題，介紹了本課題的研究?jī)?nèi)容和最終目的。(2)對(duì)SPWM技術(shù)做了分析

8、性介紹，介紹的側(cè)重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)中所選用的對(duì)稱規(guī)則采樣法。(3)課題所設(shè)計(jì)的電梯門機(jī)變頻控制器是一款有針對(duì)性的研發(fā)產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)中必須遵循電梯門機(jī)的控制原理和控制要求，因此在論文的第四章部分對(duì)電梯門機(jī)的控制作了概要性地?cái)⑹觥?4)論文的主體部分，占論文的大部分篇幅。分別從硬件和軟件兩個(gè)方面詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)思路，包括硬件各個(gè)部分的構(gòu)成和作用，軟件各個(gè)功能模塊在系統(tǒng)中的作用，以及在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)中需要注意的和特殊處理的問題。(5)論文的最后一個(gè)部分測(cè)試了系統(tǒng)的性能，并列出了部分的測(cè)試結(jié)果。第2章 MSP430F149單片機(jī)的介紹2.1系統(tǒng)微處理器結(jié)構(gòu)和原理系統(tǒng)的硬件部分的控制核心使用了T

9、I公司的16位高性能MSP430F149單片機(jī)，用來檢測(cè)系統(tǒng)的輸入狀態(tài)，控制系統(tǒng)各個(gè)部分的輸出。2.2 MSP430單片機(jī)特點(diǎn)(1)低電壓、低功耗(2)強(qiáng)大的處理能力(3)穩(wěn)定的工作性能(4)豐富的片內(nèi)資源2.3 MSP430F149部分功能模塊MSP430F149單片機(jī)具有豐富的片內(nèi)資源，包括時(shí)鐘模塊、捕獲/比較模塊、Flash模塊、看門狗定時(shí)器模塊、定時(shí)器模塊、以及通用I/O口模塊I，6J，MSP430F149單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如2-1所示。圖2-1 MSP430F149功能框圖(1)時(shí)鐘模塊高速晶體振蕩器，高速晶體振蕩器連接到 MSP430F149的高頻振蕩器，最高可以產(chǎn)生8MHz的XT2

10、CLK，該時(shí)鐘可以通過各時(shí)鐘的分頻器作1 2, 4, 8分頻后作為MCLK, SMCLK時(shí)鐘信號(hào)。低速晶體振蕩器，低頻晶體振蕩器連接到MSP430F149的低頻振蕩器，一般使用32768Hz晶體振蕩器產(chǎn)生LFXT1 CLK低頻信號(hào)，該時(shí)鐘也可以通過各時(shí)鐘的分頻器作1 2 4, 8分頻后作為MCLK SMCLK, ACLK時(shí)鐘信號(hào)。DCO實(shí)際上是一個(gè)數(shù)字可編程的RC振蕩器，能夠在其它兩個(gè)時(shí)鐘源失效的情況下自動(dòng)被選用作系統(tǒng)時(shí)鐘源。同XT2CLK相同，DCOCLK可以經(jīng)過個(gè)時(shí)鐘分頻器作1, 2, 4, 8分頻后作為MCLK, SMCLK的時(shí)鐘信號(hào)。(2) ADC 12數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊MSP430F149

11、中帶有的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊具有采樣和保持功能，采樣速度達(dá)到200ksps，并且在4種工作模式下，可以選擇包括內(nèi)置的溫度傳感器在內(nèi)的4個(gè)內(nèi)部采集通道和8個(gè)外部采集通道。(3)看門狗(WDT)定時(shí)器MSP430F149中包含了16位、8種可選定時(shí)時(shí)間的看門狗定時(shí)器模塊，看門狗定時(shí)器在程序發(fā)生故障時(shí)能夠控制系統(tǒng)的重新啟動(dòng)。通過設(shè)置看門口控制寄存器WDTCTL的值，可以選擇看門狗的工作狀態(tài):通過設(shè)置SSEL, IS I和ISO控制位可以組合出8種定時(shí)器，通過設(shè)置TMSEL控制位可以設(shè)置看門狗模塊的工作模式：看門狗模式、定時(shí)器模式和關(guān)閉模式。(4)通用10端口171(5) 16位定時(shí)器TimerB(6)

12、 Flash存儲(chǔ)器模塊Flash存儲(chǔ)器模塊是Flash型器件的通用模塊，主要用于存儲(chǔ)程序代碼、數(shù)據(jù)表格以及用戶信息等，用戶可以通過JTAG或者是芯片內(nèi)的軟件來實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash的寫入和擦除操作。MSP430F149中的Flash以段作為基本的操作單位，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)區(qū)可以劃分為主存儲(chǔ)區(qū)和信息存儲(chǔ)區(qū)。(7) MSP430的JTAG接口1819。根據(jù)TI公司的要求，與CPU相連的標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口具有14個(gè)針腳，其針腳定義如圖2-2所示：圖2-2 MSP430的JTAG接口定義MSP430F149單片機(jī)的引腳數(shù)目多達(dá)64個(gè)，通過獨(dú)立的引腳能夠?qū)崿F(xiàn)JTAG功能的外接，而類似MSP430F123這樣的引腳

13、數(shù)目(MSP430F123僅有28個(gè)引腳)較少的單片機(jī)，則需要通過引腳的復(fù)用技術(shù)來解決這種問題，因此通過JTAG調(diào)試這一類MSP430單片機(jī)時(shí)，需要注意復(fù)用的引腳在調(diào)試狀態(tài)下的功能等問題。針對(duì)MSP430系列單片機(jī)市場(chǎng)上有多種JTAG產(chǎn)品，有很多的相關(guān)資料和電路可以借鑒。這里，我們根據(jù)一種常見的TI公司的FET430P14x JTAG仿真器的電路圖，自制出JTAG工具來完成調(diào)試工作。在系統(tǒng)調(diào)試過程中，該JTAG工作穩(wěn)定，配合IARSYSTEM公司“IAR Embedded Workbench Evaluation for MSP430”集成開發(fā)環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)程序代碼下載、程序運(yùn)行控制等調(diào)試所需

14、要的基本功能。這種便捷的、簡(jiǎn)化的開發(fā)環(huán)境，為整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)帶來了極大的便利。第3章 電力電子器件與SPWM調(diào)速3.1電力電子技術(shù)發(fā)展史電力電子學(xué)(Power Electronics)是研究采用半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的控制和變換的學(xué)科。1974年，國(guó)際上接受了W·Newll的定義，即把電力電子學(xué)作為介于電力、電子和控制之間的交叉學(xué)科.圖3-1電力電子學(xué)結(jié)構(gòu)圖電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的技術(shù)，它以電力電子學(xué)作為理論基礎(chǔ)，是一門20世紀(jì)后半葉誕生并發(fā)展的嶄新技術(shù)。它隨著電力半導(dǎo)體的發(fā)展而發(fā)展，從1957年的晶閘管的發(fā)明作為電力電子技術(shù)的開始，電力電子器件始終向著大容量、高速度、高集成度的方

15、向不斷發(fā)展。電力電子器件種類很多，并且仍然有新型器件出現(xiàn)，可以按照其開關(guān)方式和控制能力劃分為不可控器件、半控器件和全控器件三類。雙極型晶體管(BJT)雙極型晶體管是一種由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的電流控制型器件，在控制BJT導(dǎo)通或者截至?xí)r，需要通過控制端向BTJ內(nèi)灌入電流或者拉出電流。BJT從一種狀態(tài)向另一種工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，受到其內(nèi)部載流子濃度的影響，需要一個(gè)過渡過程，這就制約了BJT的反應(yīng)速度。場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)場(chǎng)效應(yīng)管是一種單極型的電壓控制型器件，有著工作速度快、無二次擊穿、易于驅(qū)動(dòng)等相對(duì)于BJT的顯著優(yōu)點(diǎn)。MOSFET目前在高性能開關(guān)電源、逆變器等需要較高的開關(guān)速度的場(chǎng)合得到廣

16、泛的應(yīng)用。絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)IGBT是一種混合型的電力電子器件，它融合了場(chǎng)效應(yīng)管和雙極型晶體管的特點(diǎn):控制方面，IGBT具備場(chǎng)效應(yīng)管的輸入阻抗高、速度快的場(chǎng)控特性:輸出驅(qū)動(dòng)方面，IGBT具備BJT的低輸出飽和壓降、耐壓高和承受電流大的特性。這些良好的控制特性和驅(qū)動(dòng)特性使得IGBT較BJT的驅(qū)動(dòng)更簡(jiǎn)單、保護(hù)更容易，開關(guān)頻率更高等優(yōu)點(diǎn)，因而在應(yīng)用領(lǐng)域中占據(jù)了很大的市場(chǎng)份額。3.2智能功率模塊(IPM)IPM是一種新型的電力電子器件。盡管前面介紹的IGBT具有BJT和MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，但是必須有驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路等的配合才能夠正常、穩(wěn)定的運(yùn)行，但是這些電路增加了系統(tǒng)空間和系統(tǒng)復(fù)雜性，降

17、低了系統(tǒng)的可靠性。3.3基于MSP430單片機(jī)的電梯門控制器的設(shè)計(jì)(1)對(duì)于電力電子器件，都有其最大工作電流和最大工作電壓。(2)電力電子器件在使用時(shí)會(huì)不同情況的發(fā)熱，IPM的工作溫度為一20度一100度(不結(jié)露)。在使用時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)功率模塊的發(fā)熱量和周圍環(huán)境，添加適當(dāng)?shù)谋粍?dòng)散熱或者主動(dòng)散熱措施。(3) PS21265AP DIP-IPM的設(shè)計(jì)載波頻率上限為20KHz，設(shè)計(jì)手冊(cè)上指出其頻率上限隨著外界溫度、濕度條件以及控制方法的不同有所變化，實(shí)際使用時(shí)應(yīng)根據(jù)所選用的控制電路,調(diào)整載波頻率。(4)使用外部單電源驅(qū)動(dòng)IPM內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，應(yīng)保證外部單電源供電穩(wěn)定，添加電源防干擾的措施，防止因電源

18、噪聲所帶來的干擾而產(chǎn)生誤動(dòng)作。(5) IPM的輸入的控制信號(hào)應(yīng)當(dāng)盡量短，以減少外界對(duì)控制信號(hào)的干擾。3.4 SPWM變頻調(diào)速工作原理 在本設(shè)計(jì)中使用了應(yīng)用廣泛的正弦脈寬調(diào)制(Sine Pulse Wide Modulition, SPWM )技術(shù)，所謂的正弦脈寬調(diào)制是指將一個(gè)正弦波劃分成N個(gè)等幅但是不等寬的方波脈沖，每一個(gè)方波的寬度都與其對(duì)應(yīng)時(shí)刻的正弦波的值成正比，這些等幅脈沖序列通過由恒定直流供電的逆變器，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的開關(guān)器件。第4章 電梯門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求4.1 電梯門控制器的工作環(huán)境普通電機(jī)門機(jī)控制器直接安裝在電梯吊箱的頂部，并且在門機(jī)控制器的外面加有通風(fēng)良好的金屬箱做電磁屏蔽和防水保護(hù)

19、等功能，這些電梯提供的防護(hù)措施簡(jiǎn)化了門機(jī)變頻控制器設(shè)計(jì)。電梯吊箱通過在電梯間里面懸浮的電纜連接來取電，一般為220V/50Hz的交流電，因此在一般的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)和測(cè)試時(shí)，可以使用市電來替代電梯吊箱中的供電。電梯門機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示：開門/關(guān)門（控制信號(hào)）門機(jī)控制器交流電動(dòng)機(jī)減速箱電梯門/行程開關(guān)/光幕開關(guān)圖4-1電梯門機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.2 門機(jī)變頻控制器的控制模式根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所設(shè)計(jì)的控制器使用行程開關(guān)組作為位置檢測(cè)開關(guān)。行程開關(guān)組由安裝在電梯門的導(dǎo)軌上4個(gè)磁性霍爾傳感器組成的，分別用來檢測(cè)開門到位、關(guān)門到位以及電梯門執(zhí)行動(dòng)作過程中的兩個(gè)速度的切換點(diǎn)，門機(jī)控制器接收行程開關(guān)反饋回

20、的開關(guān)量，從而判斷電梯門當(dāng)前的所在位置狀態(tài)，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。電梯系統(tǒng)的外部接線端設(shè)計(jì)了切換開關(guān)，用于在調(diào)試狀態(tài)和系統(tǒng)狀態(tài)之間切換。當(dāng)處于調(diào)試狀態(tài)時(shí)，控制器不會(huì)響應(yīng)系統(tǒng)外部的開門關(guān)門控制信號(hào)，此時(shí)手動(dòng)開門、手動(dòng)關(guān)門控制信號(hào)有效，門機(jī)控制器根據(jù)手動(dòng)開關(guān)的指令執(zhí)行動(dòng)作，按下手動(dòng)開門按鍵，控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行開門動(dòng)作，按下手動(dòng)關(guān)門按鈕，控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行關(guān)門動(dòng)作;當(dāng)處于系統(tǒng)狀態(tài)時(shí)，門機(jī)控制器正常響應(yīng)由中央控制器傳送來的控制指令，手動(dòng)按鈕不起作用。圖4-2系統(tǒng)輸入輸出信號(hào)圖4.3 系統(tǒng)的開門和關(guān)門過程系統(tǒng)中有XK 1 -XK4共4個(gè)行程開關(guān)，在電梯門的導(dǎo)軌上，控制器根據(jù)開關(guān)反饋回來電梯門的位置

21、信號(hào)，控制輸出頻率，調(diào)整電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率，進(jìn)而控制電梯門的運(yùn)動(dòng)速度，電梯門在開門和關(guān)門過程中的頻率曲線與開關(guān)的位置狀態(tài)如圖4-3所示：圖4-3電梯開關(guān)門速度曲線在開門和關(guān)門過程中的XK 1 -XK4的電平變化時(shí)序如圖4-4和4-5所示：圖4-4開門時(shí)序圖圖4-5關(guān)門時(shí)序圖對(duì)不同的電梯吊箱的設(shè)計(jì)，部分電梯吊箱需要在關(guān)門過程結(jié)束后，由電機(jī)繼續(xù)輸出一個(gè)很低頻率的低轉(zhuǎn)動(dòng)力矩來保持電機(jī)門的關(guān)門緊閉狀態(tài)，在設(shè)計(jì)中，可以選擇的輸出頻率為0.5Hz。4.4 用戶界面的要求盡管針對(duì)電梯門機(jī)所設(shè)計(jì)的門機(jī)變頻控制器具有很強(qiáng)專用性，相比于通用變頻器內(nèi)部固化了很多的特性參數(shù)，但是仍然需要用戶在此基礎(chǔ)上針對(duì)不同的環(huán)境調(diào)整

22、某些參數(shù)，如開門、關(guān)門執(zhí)行過程中各個(gè)頻率段的參數(shù)、針對(duì)不同的電梯門選擇合適的輸出力矩、繼電器組的輸出狀態(tài)等，因此控制器上必須設(shè)計(jì)用戶界面。在本設(shè)計(jì)中的操作界面上，設(shè)計(jì)了8個(gè)按鍵，在系統(tǒng)軟件中定義了按鍵的操作順序和調(diào)整的參數(shù)，供用戶輸入控制指令、調(diào)整參數(shù)等。顯示界面上，先后設(shè)計(jì)了LCD (1602,帶背光)和LED (4位8段)數(shù)碼管兩種顯示方案，但是由于電梯門機(jī)控制器工作環(huán)境和操作環(huán)境的限制，從顯示的清晰的和現(xiàn)場(chǎng)的光照情況方面考慮，選用了4位8段紅色LED數(shù)碼管作為狀態(tài)顯示方案，通過簡(jiǎn)化的代碼和數(shù)字向用戶反饋系統(tǒng)信息，并且這種顯示方法在電梯吊箱這樣的工作環(huán)境中能很好的工作，獲得很理想的顯示亮度

23、和顯示效果。4.5 系統(tǒng)硬件總體構(gòu)電梯門機(jī)控制器需要在穩(wěn)定工作的前提下，通過分析輸入開關(guān)控制量狀態(tài)、向外輸出變頻的三相正弦交流電，進(jìn)而控制電梯吊箱上的變頻電機(jī)工作。本文中主要討論電梯門機(jī)變頻控制器系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)，分析系統(tǒng)各個(gè)部分的工作電壓和所實(shí)現(xiàn)的主要功能，將系統(tǒng)的硬件部分分為功率部分、控制核心、用戶界面、連接埠和接口以及附加硬件五個(gè)部分。系統(tǒng)主要部分結(jié)構(gòu)框圖如圖4-6：圖4-6系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.6 系統(tǒng)功率電路功率部分包含了整個(gè)門機(jī)變頻控制中所有的高電壓部分的器件:包括電源的轉(zhuǎn)換和控制、功率的逆變輸出以及附加在這部分基礎(chǔ)之上的防浪涌保護(hù)、功率驅(qū)動(dòng)等電路，所實(shí)現(xiàn)的功能也很明確:電源供電和逆變

24、輸出。從上述的角度分類，功率部分劃分為IPM功率驅(qū)動(dòng)、IPM驅(qū)動(dòng)電源、IPM隔離與驅(qū)動(dòng)電路、IPM功率電源和系統(tǒng)低電壓電源五個(gè)部分。4.7 IPM功率電源IPM功率電源將供電的220V/50Hz的交流電通過整流濾波等處理后為IPM提供直流電。IPM功率電源部分包含了保險(xiǎn)絲的過流熔斷保護(hù)、防電磁干擾的無源濾波電路以及基本的整流濾波等電路。對(duì)于電梯門機(jī)變頻控制器來說，在工作過程中一方面要防止電梯間中的電磁干擾對(duì)系統(tǒng)造成的影響，另一方面變頻器與開關(guān)電源類似，使用較高的頻率控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，在此過程中的電壓和電流的突變都會(huì)造成較大的電磁干擾。因此為了保證電梯門機(jī)變頻控制器自身的穩(wěn)定運(yùn)行以及電梯系

25、統(tǒng)中其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，必須在設(shè)計(jì)和使用中注意防范EMI(電磁干擾)的問題。4.8 IPM功率驅(qū)動(dòng)IPM功率驅(qū)動(dòng)部分主要由PS21265AP DIP-IPM功率模塊、模塊外接的采樣電阻(康銅合金絲)、壓敏電阻和水泥電阻等構(gòu)成，電路圖如圖4-7.圖4-7 IPM功率驅(qū)動(dòng)電路圖其中瓷解質(zhì)電容CIO用于吸收IPM在開關(guān)瞬間所產(chǎn)生的高頻脈沖干擾。電阻Rs為470V壓敏電阻14D471 K，能夠吸收大量的短時(shí)間的雷電等浪涌電壓，保證壓敏電阻兩端的電壓不超過其額定電壓，進(jìn)而保護(hù)IPM的工作電壓，在電路中，壓敏電阻的另一個(gè)重要功能是配合電阻R7和風(fēng)吸收電動(dòng)機(jī)在斷電瞬間產(chǎn)生的高壓感生電流。圖4-8壓敏電阻

26、工作原理圖按照?qǐng)D中的電路所示，僅取U相橋臂和V向橋臂，電路中用電感L表示電動(dòng)機(jī)的線圈，U相橋臂由IGBT1, IGBT2以及反向續(xù)流二極管FWD1, FWD2組成，V相橋臂由IGBT3 , IGBT4以及反向續(xù)流二極管FWD3, FWD4組成。定性分析該電路，在正常工作時(shí)，電流按照P->a->b->N的流向，當(dāng)由于斷電等其他原因IGBT 1和IGBT2同時(shí)關(guān)閉時(shí)，電路中將不存在閉合回路，但是由于電動(dòng)機(jī)線圈(電感)的續(xù)流作用，將產(chǎn)生一個(gè)很大的感生電動(dòng)勢(shì)，a為負(fù)極，b為正極，通過續(xù)流二極管FWDI, FWD4的作用，感生電動(dòng)勢(shì)將直接加在P, N兩端，即在這種情況下，IPM將承受可

27、能超過其極限工作電壓的感生電壓，將會(huì)造成IPM的損壞。電路中添加壓敏電阻后，由于壓敏電阻的工作特性，當(dāng)感生電壓超過壓敏電阻的額定電壓后，壓敏電阻進(jìn)入低阻態(tài)，電路中存在閉合回路，通過R7 ,凡吸收大量的感應(yīng)電壓，限制了P, N兩端的電壓，從而保護(hù)了IPM電源P, N兩端的電路。這部分電路是在屢次燒毀IPM的情況下所設(shè)計(jì)添加的，在后續(xù)的測(cè)試中，有效的保護(hù)了IPM。DIP-IPM中內(nèi)置了過流保護(hù)電路，能夠在IPM過流時(shí)，能夠關(guān)斷IPM的下橋臂，并輸出錯(cuò)誤信號(hào)(Fo)，直到過流狀態(tài)消失為止。在使用過流保護(hù)電路時(shí)，需要根據(jù)系統(tǒng)正常工作時(shí)的電流選取合適阻值的采樣電阻，為了避免由于引線電感干擾所引起的短路保

28、護(hù)誤動(dòng)作，應(yīng)在電路中加入時(shí)間常數(shù)為1.5-2us的RC延時(shí)電路，組成三菱公司推薦的SC保護(hù)外部電路。4.9 IPM驅(qū)動(dòng)電源IPM驅(qū)動(dòng)電源是指為IPM驅(qū)動(dòng)提供電源的+15V電源以及驅(qū)動(dòng)芯片所使用的+5V部分，這部分的工作電流極小，因此通過小型變壓器隔離降壓后，整流濾波獲得+18V的直流電，通過LM7815獲得IPM驅(qū)動(dòng)用的+15V電源，然后通過LM7805獲得供74HC04和隔離光禍?zhǔn)褂玫?5V電源。圖4-9 IPM驅(qū)動(dòng)電源電路原理圖84.10 IPM驅(qū)動(dòng)與隔離電路SPWM控制信號(hào)通過高速光藕輸入到IPM的控制端，IPM的錯(cuò)誤輸出信號(hào)也通過高速光禍輸出到單片機(jī)的I/O口上。圖4-10 IPM驅(qū)動(dòng)

29、與隔離電路原理圖4.11 系統(tǒng)低壓電源的設(shè)計(jì)根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的低壓部分的電源需求，其中控制核心的MSP430F149單片機(jī)及其外圍的電路，如邏輯保護(hù)電路74HC04和74HC08，用戶界面部分的靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)74HC595和LED數(shù)碼管都工作在+3.3V電壓下，而對(duì)外輸出開關(guān)信號(hào)的4組繼電器則需要+5V電壓驅(qū)動(dòng)。除此之外，系統(tǒng)接受外界輸入的開關(guān)量狀態(tài)信號(hào)時(shí)，需要為其提供+24V的上拉電流。從系統(tǒng)工作電源的角度劃分，控制核心部分包含了除用戶界面之外的絕大部分的低壓器件，控制核心主要部分工作在+3.3V電源下，繼電器部分工作在+5v電源下，為輸入開關(guān)量提供上拉的最高電壓也不超過+24V;從功能的角度劃分

30、，控制核心具有接受開門指令、關(guān)門指令、行程開關(guān)、光幕信號(hào)的開光量輸入，生成6路帶有邏輯保護(hù)能力的SPWM控制波形、控制4組繼電器輸出狀態(tài)、接受用戶界面部分的控制指令、控制用戶界面的顯示狀態(tài)等功能。因此，從功能上劃分控制核心的組成，包括MSP430F149控制核心、繼電器及驅(qū)動(dòng)電路、外部開關(guān)量輸入與隔離電路、復(fù)位控制電路、SPWM邏輯保護(hù)電路、用戶配置保存芯片和低電壓電源處理七個(gè)部分。4.12 低電壓電源處理部分功率部分的系統(tǒng)低壓開關(guān)電源向控制核心提供了一路+5V/IA的電源，對(duì)于MSP430控制核心以及邏輯保護(hù)等部分電路，其工作電壓為+3.3V，但是繼電器仍然需要+5V供電，因此，進(jìn)入控制核心

31、的+5V/IA電源需要經(jīng)過預(yù)處理后才能供給MSP430等電路。圖4-11低電壓電源與處理4.13 外部開關(guān)量輸入與隔離電路在電梯門及控制系統(tǒng)中，為了防止電梯間內(nèi)的電磁干擾，在信號(hào)的傳輸環(huán)節(jié)使用了十24V電平傳輸信號(hào)，以提高抗干擾能力，但是控制的開關(guān)量信號(hào)與單片機(jī)之間既需要電平匹配，還要與輸入的開關(guān)量之間完全隔離。圖4-12開關(guān)量輸入隔離電路圖4.14 繼電器及驅(qū)動(dòng)電路門機(jī)變頻控制系統(tǒng)需要對(duì)外輸出四路開關(guān)量信號(hào)，其中包括開門到位信號(hào)、關(guān)門到位信號(hào)，一路控制系統(tǒng)故障保護(hù)輸出信號(hào)和一路保留的可以通過軟件設(shè)定狀態(tài)的信號(hào)，這些開關(guān)量信號(hào)用于與電梯系統(tǒng)中的中央控制器以及其他部分相通訊，僅通過繼電器的吸和與

32、斷開的狀態(tài)向外輸出電梯門機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，配合開關(guān)量輸入端的光禍，實(shí)現(xiàn)了電梯各個(gè)系統(tǒng)相互之間的完全隔離。圖4-13繼電器隔離驅(qū)動(dòng)電路圖繼電器使用了長(zhǎng)壽命的+5V繼電器，因此可以直接使用低壓開關(guān)電源系統(tǒng)所提供的十5V電源驅(qū)動(dòng)。4.15 由MSP430F149組成的控制核心由MSP430F149單片機(jī)組成的控制核心是電梯門機(jī)變頻控制系統(tǒng)的重要低電壓工作部分，單片機(jī)根據(jù)用戶對(duì)輸出狀態(tài)的設(shè)置和外部輸入開關(guān)量的組合狀態(tài)，完成輸出控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的SPWM控制信號(hào)并控制用戶界面的顯示和繼電器的吸和狀態(tài)等工作。按照MSP430F149的輸入和輸出，控制核心與周邊外圍功能部分框圖如圖4-14-圖4-14控制核心板組

33、成框圖4.16 按鍵的設(shè)計(jì)MSP430具有足夠的I/O口，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也考慮到了這一點(diǎn)，充分利用I/O口的豐富功能，并且盡可能的降低系統(tǒng)的復(fù)雜度。系統(tǒng)中所使用的8個(gè)按鍵都使用1/O口，并不使用相對(duì)來說占用資源的行列掃描的方式，8個(gè)1/O口中，部分按鍵使用中斷功能，部分按鍵使用掃描功能，在軟件中根據(jù)按鍵所具有的硬件資源不同設(shè)置不同的功能。圖4-15按鍵電路圖按鍵默認(rèn)是低電平狀態(tài)，按下按鍵時(shí)為高電平，因此對(duì)于帶有中斷能力的1/O口可以選擇按鍵按下時(shí)產(chǎn)生的上升沿觸發(fā)中斷或者是按鍵松開時(shí)的下降沿觸發(fā)中斷，對(duì)沒有中斷能力的1/O口，則使用掃描的方式判斷1/O的輸入狀態(tài)。4.17 顯示電路的設(shè)計(jì)在電梯的門

34、機(jī)環(huán)境中，對(duì)比了LCD和LED數(shù)碼管的兩種顯示方案，其中使用4位8段的紅色LED數(shù)碼管的方案能夠獲得更明顯的顯示效果，在電梯門機(jī)變頻控制系統(tǒng)的工作環(huán)境中，能夠觀察的更清晰;在顯示的內(nèi)容上，可以通過自定義LED顯示內(nèi)容的含義來簡(jiǎn)化顯示。顯示部分除了包括4位8段紅色LED數(shù)碼管之外，還設(shè)計(jì)了3組8位的LED發(fā)光二極管：其中的兩組LED發(fā)光二極管受單片機(jī)控制顯示內(nèi)容，可以作為L(zhǎng)ED數(shù)碼管的顯示擴(kuò)展;另外一組8個(gè)LED發(fā)光二極管設(shè)計(jì)在相關(guān)的開關(guān)量接線端子處，與開關(guān)量輸入的8個(gè)接線端子相對(duì)應(yīng)，這組數(shù)碼管的工作狀態(tài)取決于輸入到P1口的各個(gè)1/O的輸入電平的高低。在系統(tǒng)主要狀態(tài)顯示部分，使用了4位LED數(shù)碼

35、管作為顯示器件，每一個(gè)數(shù)碼管含有8段顯示部分，另外設(shè)計(jì)的兩組8位的綠色LED發(fā)光二極管作為補(bǔ)充顯示部分，則在主顯示部分共有48個(gè)顯示段需要受到單片機(jī)的控制顯示出一定的顯示內(nèi)容。4.18 系統(tǒng)硬件連接埠的和接口設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)上，根據(jù)功能和供電的不同，主要?jiǎng)澐殖蔀榱斯β拾?、控制核心與對(duì)外接口板、用戶界面板三個(gè)部分。各個(gè)板功能不同，在相互連接時(shí)，需要通過設(shè)計(jì)的系統(tǒng)連接埠交換電源和控制信號(hào)，系統(tǒng)中的板間連接主要有兩個(gè)部分。功率板與控制核心板之間通過長(zhǎng)排針相連接。功率板向上為控制核心板提供+MIA和十24V/200mA的電源，控制核心板向下為功率板提供SPWM控制信號(hào)并接受經(jīng)過隔離后的故障輸出信號(hào)，

36、在各個(gè)信號(hào)之間加入了GND用來防止信號(hào)之間的干擾。由于用戶界面板安裝在系統(tǒng)的頂蓋，必要的時(shí)候需要打開頂蓋，這里在用戶界面板和控制核心板之間使用了軟排線連接?？刂坪诵陌逑蛏咸峁?3.3V電源、LED顯示控制信號(hào)，并從用戶界面板獲取8個(gè)按鍵的狀態(tài)信號(hào)，所使用的軟排線接口定義如圖4-16圖4-16用戶界面板連接線定義在外部接口部分，控制器的系統(tǒng)電源輸入和電動(dòng)機(jī)的輸出直接從功率板上引出至外部接線端子，開關(guān)量輸入、繼電器輸出均從控制核心板連接到外部接線端子上。4.19 硬件電路設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)(1)設(shè)計(jì)的電路板外形應(yīng)當(dāng)與所使用的控制器的外殼相協(xié)調(diào)，便于安裝和固定。(2)體積較小的元件采取就近擺放的原則，通

37、過合理擺放元件，縮短布線的長(zhǎng)度減小所受到的干擾。如單片機(jī)與他相關(guān)的晶體振蕩器應(yīng)當(dāng)盡可能的靠近，防止電磁干擾影響系統(tǒng)的時(shí)鐘源。(3)體積較大的元件，如IPM功率電源的濾波電容，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮其高度和寬度等問題，合理放置，減小系統(tǒng)整體體積。容易產(chǎn)生較強(qiáng)干擾的功率器件，如IPM等，應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離單片機(jī)等容易受干擾的器件。(4)考慮系統(tǒng)整體的散熱分布，系統(tǒng)中的功率部分會(huì)有一定的發(fā)熱，應(yīng)當(dāng)考慮其周圍的元件的熱穩(wěn)定性和整體的散熱問題。(5)布線寬度應(yīng)當(dāng)充分考慮系統(tǒng)的工作電流的問題，并留出足夠的余量。第5章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)控制穩(wěn)定：門機(jī)變頻控制器控制著電梯門的工作狀態(tài)，門機(jī)控制器必須時(shí)刻工作在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)中，

38、防止電梯門失控。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)問題導(dǎo)致電梯門失控時(shí)，系統(tǒng)能夠應(yīng)當(dāng)具備從異常狀態(tài)恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)下能力，并能夠繼續(xù)運(yùn)行中斷的工作。響應(yīng)速度快:MSP430F149具有8MHz的高速晶體振蕩器，單指令運(yùn)行時(shí)間為150ns,但是其運(yùn)算能力依然很有限的，如果程序編寫得又比較繁瑣，則系統(tǒng)的性能會(huì)降低，導(dǎo)致對(duì)外部輸入的響應(yīng)遲緩。因此程序必須及時(shí)對(duì)外界狀態(tài)作出判斷，調(diào)整系統(tǒng)的輸出。程序的可讀性：任何的程序都必須具有可讀性的特點(diǎn)，可讀性指對(duì)程序閱讀和理解的方便程度，可讀性好的程序要求書寫規(guī)范，結(jié)構(gòu)明確，注釋完善?？勺x性對(duì)于程序的調(diào)試、閱讀、修改和升級(jí)都有很重要的作用。綜上所述電梯門機(jī)變頻控制器的控制核心MS

39、P430F149單片機(jī)的程序中必須完成以下的工作:響應(yīng)外部的開關(guān)量輸入、響應(yīng)人機(jī)交互界面的用戶設(shè)置、響應(yīng)系統(tǒng)過流保護(hù)信號(hào)和過熱信號(hào)、通過輸出的SPWM控制信號(hào)對(duì)電動(dòng)機(jī)作變頻調(diào)速控制、控制繼電器組的吸合狀態(tài)、控制人機(jī)交互界面的顯示內(nèi)容等。5.1系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境介紹在本設(shè)計(jì)中使用的是IAR公司的集成開發(fā)環(huán)境IAR Embedded Workbench forMSP430，是一種主流的針對(duì)MSP430系列單片機(jī)的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，能夠支持目前的大多數(shù)型號(hào)的MSP430單片機(jī)28l0。IAR Embedded Workbench集成開發(fā)環(huán)境中包括了項(xiàng)目管理工具和編輯器、高效的C/C+編譯器、集成連接器和庫(kù)

40、文件工具，具有能夠支持MSP430的簡(jiǎn)易JTAG開發(fā)工具等優(yōu)點(diǎn)。在IAR中，軟件按照一定的組織方式來管理文件，即按照從最頂層的工作環(huán)境(Workspace)到項(xiàng)目(Project)，到最底層的源文件/文本(Source/Text )的結(jié)構(gòu)組織管理。因此使用IAR集成開發(fā)環(huán)境新建一個(gè)工程時(shí)，首先利用IAR的向?qū)?Startup) ,在當(dāng)前的工作環(huán)境(Workspace)中創(chuàng)建一個(gè)新的工程，向工程中添加已經(jīng)編寫好的程序文件和庫(kù)文件，或者在當(dāng)前工程中建立新的源文件，才能組織起項(xiàng)目文件之間的關(guān)系。對(duì)于MSP430系列不同的單片機(jī)，在建立項(xiàng)目之后需要設(shè)置項(xiàng)目中的一些基本參數(shù)，如設(shè)備(單片機(jī))類型、調(diào)試設(shè)

41、備類型等，在一些比較陳舊的IAR版本中，還需要設(shè)置一些參數(shù)如編譯器和連接器等。在系統(tǒng)的調(diào)試過程中，首先對(duì)項(xiàng)目中的源文件進(jìn)行編譯、連接，這兩個(gè)過程中能夠檢查出軟件中的語(yǔ)法錯(cuò)誤、缺少定義或者重復(fù)定義等問題，當(dāng)程序編譯連接通過后，可以通過“Project”菜單下的“Dubug”功能進(jìn)入到IAR的調(diào)試環(huán)境下，在調(diào)試環(huán)境下，根據(jù)所執(zhí)行模塊的不同功能，使用單步、全速運(yùn)行、添加斷點(diǎn)等方法調(diào)試。在程序調(diào)試的最初階段，甚至可以將功能模塊單獨(dú)建立工程，按照程序的輸入接口和輸出接口觀察其運(yùn)行結(jié)果，然后再將各個(gè)功能模塊組合調(diào)試，這種方法在調(diào)試上能夠?qū)栴}的范圍縮小到具體功能模塊上，一定程度上能夠提高首次調(diào)試時(shí)的成功率

42、。5.2系統(tǒng)基本軟件流程門機(jī)變頻控制系統(tǒng)的軟件中的主要部分使用了有限狀態(tài)機(jī)(FSM)的工作方式。有限狀態(tài)機(jī)是一種在軟件開發(fā)領(lǐng)域常見的進(jìn)行對(duì)象建模的方式，用來描述對(duì)象所經(jīng)歷的狀態(tài)序列，以及如何響應(yīng)外界的事件，一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)必須包括輸入、輸出和狀態(tài)三個(gè)部分。系統(tǒng)在工作模式下，完成系統(tǒng)的初始化工作之后，進(jìn)入到狀態(tài)工作模式下，系統(tǒng)軟件根據(jù)系統(tǒng)所處的狀態(tài)和外界的輸入決定系統(tǒng)的輸出?？梢?，在門機(jī)變頻控制器輸出的SPWM控制波形、用戶界面的顯示內(nèi)容、繼電器的輸出狀態(tài)不僅僅取決于系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，也確決于系統(tǒng)的輸入，因此，工作模式下的軟件主體屬于Mealy型狀態(tài)機(jī)，即系統(tǒng)輸出是系統(tǒng)狀態(tài)向量和輸入的函數(shù)。在MSP

43、430F149單片機(jī)中沒有專門的處理狀態(tài)機(jī)的模塊，因此在軟件系統(tǒng)中，通過標(biāo)志位的方法區(qū)分系統(tǒng)的狀態(tài)，利用內(nèi)部變量或者是外部輸入量的變化來改變標(biāo)志位，進(jìn)而切換系統(tǒng)的狀態(tài)，這種切換最基本的編程方式就是CASE語(yǔ)句或者是其他的條件語(yǔ)句，通過這些條件語(yǔ)句來促使系統(tǒng)在工作模式下的不同的狀態(tài)中轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)的基本流程圖5-1所示：圖5-1系統(tǒng)基本工作流程圖在工作模式下，系統(tǒng)可能處于四種狀態(tài)下：開門過程、關(guān)門過程、待機(jī)停運(yùn)和系統(tǒng)保護(hù)。系統(tǒng)中滿足有限狀態(tài)機(jī)所需要的幾個(gè)基本的內(nèi)容。(1)狀態(tài)：系統(tǒng)能且只能處于開門過程執(zhí)行、關(guān)門過程執(zhí)行、待機(jī)停運(yùn)和系統(tǒng)保護(hù)四個(gè)狀態(tài)。(2)時(shí)鐘:狀態(tài)機(jī)要求能夠在下一個(gè)時(shí)鐘中改變系統(tǒng)狀態(tài)

44、，因此狀態(tài)機(jī)中的時(shí)鐘不能以單片機(jī)的時(shí)鐘周期為時(shí)鐘，可以近似認(rèn)為時(shí)鐘是單片機(jī)完成判斷并執(zhí)行所需要的時(shí)間周期。基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制。(3)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的描述：系統(tǒng)在何種條件下，會(huì)從一種狀態(tài)改變到另一種狀態(tài)。(4)輸出的描述:系統(tǒng)在各個(gè)狀態(tài)下的SPWM控制波形、顯示內(nèi)容等都屬于該狀態(tài)下的輸出。在描述系統(tǒng)工作過程中，引入了有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)方法，在軟件上按照系統(tǒng)的工作狀態(tài)劃分功能模塊，各個(gè)模塊之間在明確的條件下相互轉(zhuǎn)換，執(zhí)行的輸出功能、對(duì)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的判斷和對(duì)外界輸入的判斷都在當(dāng)前所執(zhí)行的功能模塊內(nèi)部進(jìn)行，能夠有效地方式系統(tǒng)的功能紊亂，很大程度的增強(qiáng)了系統(tǒng)程序的可讀性。例如，系統(tǒng)一般

45、處于待機(jī)狀態(tài)下，通過檢測(cè)系統(tǒng)自身的狀態(tài)和外界輸入的開關(guān)量狀態(tài)，決定系統(tǒng)的下一個(gè)狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)不滿足保護(hù)條件并且外部輸入了開門執(zhí)行信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)地下一個(gè)狀態(tài)則是開門狀態(tài)，相應(yīng)在開門狀態(tài)下門機(jī)控制系統(tǒng)將要通過輸出SPWM控制信號(hào)等執(zhí)行電梯的開門動(dòng)作和其他的控制、顯示輸出。在開門狀態(tài)下，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生保護(hù)時(shí)，則進(jìn)入系統(tǒng)保護(hù)狀態(tài);系統(tǒng)正常完成開門動(dòng)作后，則返回到系統(tǒng)待機(jī)狀態(tài)。5.3系統(tǒng)的初始化系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)，首先需要對(duì)系統(tǒng)中的各個(gè)功能模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，然后才能進(jìn)入到工作狀態(tài)下，因此程序的初始化是代碼中是最先需要解決的問題。由于系統(tǒng)存在工作和用戶設(shè)置兩種模式，在啟動(dòng)時(shí)需要根據(jù)撥碼開關(guān)的狀態(tài)選擇模式，并且兩種模式

46、下MSP430F149所使用的模塊也不完全相同，因此，系統(tǒng)的初始化分為兩個(gè)階段：基本初始化和模式初始化；共有三個(gè)初始化部分：基本初始化、工作模式初始化和用戶模式初始化，系統(tǒng)根據(jù)撥碼開關(guān)的狀態(tài)，在基本初始化完成之后選擇進(jìn)入不同的模式。如圖5-2所示系統(tǒng)的初始化流程，下面結(jié)合初始化的流程圖和程序介紹每個(gè)部分程序的作用。圖5-2系統(tǒng)初始化流程圖/*/MSP430F149初始化程序/*/第一步：關(guān)閉系統(tǒng)看門狗定時(shí)器，以便初始化系統(tǒng)時(shí)鐘WDTCLT=WDTPW+WDTHOLD：/第二步：初始化顯示模塊端口HC595_Init()/第三步:初始化系統(tǒng)時(shí)鐘OSC_Init()/第四步：初始化拔碼開關(guān)末位，判

47、斷系統(tǒng)模式ModeSW_Init()；/第五步：進(jìn)入相應(yīng)的初始化程序If(SysMode=NORMAL) /繼續(xù)工作模式下的初始化ADC12CTL0=ADC12ON+REFON+REF2_5V+SHTO_6: /打開ADC12,2.5V內(nèi)部參考電壓ADC12CTL1=SHS_O+SHP+CONSEQ_0/內(nèi)部采樣時(shí)鐘,單通道單次轉(zhuǎn)換P2DIR &=(BIT6+BIT7)；P2IE|=(BIT6+BIT7)；P2IES|=(BIT6+BIT7)； /保護(hù),初始化系統(tǒng)外部中斷端口P3DIR=0xff；P3DIR|=BIT3； /初始化93C46和繼電器控制端口P1DIR=0x00； /初始

48、化開關(guān)量輸入端口SPWM_Init()；WDTCTL=WDTPW+WDTITISO+WDTSSEL+WDTCNTCL； /啟用看門狗模式,ACLK,約250mselseP2DIR=0xff；P2IE=0xff;P2IES=0xff；/初始化用戶界面按鍵和外部中斷P6DIR &=(BIT2+BIT3)；/初始化用戶界面按鍵P3DIR|=(BIT0+BIT1+BIT2)；/初始化93C46寫端口,讀默認(rèn)FCTL2=FWKEY+FSSEL0+FN0；/初始化Flash模塊,安全鍵值和時(shí)鐘5.4 MSP430F149溫度保護(hù)的設(shè)計(jì)利用MSP430F149的ADC 12中的A10連接內(nèi)部溫度傳感

49、器的功能，能夠測(cè)量出當(dāng)前狀態(tài)下的芯片溫度，進(jìn)而能夠間接的反映當(dāng)前變頻控制器的內(nèi)部溫度。在系統(tǒng)的初始化階段，已經(jīng)對(duì)ADC 12模塊就行了初始化，即ADC 12工作在單通道單次轉(zhuǎn)換的模式下。因此，系統(tǒng)在開門和關(guān)門的過程中ADC 12處于停止?fàn)顟B(tài)下，不會(huì)干擾系統(tǒng)的正常工作，當(dāng)處于系統(tǒng)的待機(jī)或者保戶狀態(tài)下時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用GetTempVal()程序使用內(nèi)部的溫度傳感器采樣并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得當(dāng)前系統(tǒng)內(nèi)部的溫度。 該子程序的主要控制部分如下： ADC12MCTL0=SREF_1+INCH_10； /Vref+,內(nèi)部溫度傳感器ADC12CTL0|=ENC； /允許轉(zhuǎn)換開始ADC12CTL0|=ADC12SC；

50、 /開始單次采樣完成/轉(zhuǎn)換While(ADC12CTL0&ADC12SC)； /等待轉(zhuǎn)換完成ADC12CTL0&=ENC； /禁止轉(zhuǎn)換開始ADCResult=ADC12MEM0 /讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果通常對(duì)ADCResult中結(jié)果的轉(zhuǎn)化和處理比較繁瑣，由于在系統(tǒng)中不需要很高的精度，因此可以通過查表比較的方法，將一些溫度點(diǎn)的轉(zhuǎn)換結(jié)果按照順序保存在單片機(jī)的ROM中，將ADCResult與表格中的數(shù)值逐個(gè)比較，最終獲得一個(gè)近似的溫度結(jié)果，供系統(tǒng)的保護(hù)檢測(cè)模塊調(diào)用。5.5用戶參數(shù)的Flash存儲(chǔ)系統(tǒng)中使用MSP430F149內(nèi)部的Flash存儲(chǔ)區(qū)和外部的93C46兩部分，93C46使用SPI方

51、式讀寫，是很常見的存儲(chǔ)芯片，不做介紹。內(nèi)部的Flash則是MSP430F149的一個(gè)特點(diǎn)。Flash模塊在上電后就處于讀模式，因此在工作模式下不需要修改Flash的控制位，就能夠直接讀取Flash中的內(nèi)容：Flash_ptrA=（char*）0x1080 /設(shè)置Flash的A段指針For（itemp=0；itemp<128；itemp+） Userdataitemp=*Flash_PtrA+； /讀取A段指針用戶設(shè)置模式下，可能需要向Flash中寫入數(shù)據(jù)，這時(shí)還應(yīng)該對(duì)相應(yīng)的控制寄存器CTL1和FCTL3作設(shè)置后才能夠正常完成操作：Flash_ptrB=（char*）0x1000； /設(shè)置

52、Flash的B段指針FCTL1=FWKEY+ERASE； /設(shè)置段擦除控制位FCTL3=FWKEY； /清除Flash存儲(chǔ)鎖定位*Flash_ptrB=0 /初始化Flash的B段首數(shù)據(jù)FCTL1=FWKEY+WRT； /設(shè)置寫寄存器以寫入數(shù)據(jù)For(itemp=0；itemp<128；itemp+)*Flash_ptrB+=Userdataitemp； /向B段中寫入數(shù)據(jù)FCTL1=FWKEY；/清除寫寄存器FCTL3=FWKEY+LOCK；/恢復(fù)鎖定狀態(tài)統(tǒng)中可以根據(jù)需要保存的數(shù)據(jù)量決定使用的Flash容量，A，B兩個(gè)段最多能夠存儲(chǔ)256字節(jié)的數(shù)據(jù)。5.6 SPWM控制信號(hào)的發(fā)生程序系

53、統(tǒng)中，控制核心MSP430的最主要的任務(wù)是產(chǎn)生正確的SPWM控制信號(hào)控制DIP-IPM輸出，進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)的工作頻率和有效電壓。受到MSP430F149的工作頻率和運(yùn)算速度等方面的限制，在產(chǎn)生SPWM控制波形的方面，利用MSP430F149具有較大的ROM (60KB )，將事先在計(jì)算機(jī)上計(jì)算好的代表SPWM控制波形的數(shù)組存儲(chǔ)在ROM中，使用時(shí)，MCU按照一定的順序讀取這些數(shù)據(jù)，并執(zhí)行特定的功能，實(shí)現(xiàn)SPWM控制信號(hào)的輸出。SPWM信號(hào)通過P4口的第二功能實(shí)現(xiàn)，僅僅在生成SWPM信號(hào)時(shí)才啟用Timer -B定時(shí)器和P4口的第二功能，并在系統(tǒng)待機(jī)時(shí)關(guān)閉Timer -B定時(shí)器和P4口的第二功能，相

54、應(yīng)的Timer -B定時(shí)器設(shè)置如下： TBCTL=TBSSELZ+MC_ 3+TBIE+TBIFG；/MCLK，增減計(jì)數(shù)模式，允許中斷和溢出系統(tǒng)中，使用前面所介紹過的Timer -B和P4 I/O口的第二功能實(shí)現(xiàn)SPWM的輸出。在系統(tǒng)的初始化程序中，使用Timer -B的增減計(jì)數(shù)方式，設(shè)置P4口的P4.1, P4.2和P4.3為輸出模式2 PWM翻轉(zhuǎn)/復(fù)位模式，設(shè)置P4.4, P4.5和P4.6為輸出模式6 PWM翻轉(zhuǎn)/復(fù)位模式，這種輸出模式下，通過設(shè)定寄存器TBCCRI-TBCCR6中的值能夠獲得6路波形。取P4.1和P4.4作為U相的下臂輸出和上臂輸出、P4.2和P4.4作為V相的下臂輸出

55、和上臂輸出、P4-3和P4-5作為W相的下臂輸出和上臂輸出。在程序中，對(duì)相應(yīng)的寄存器的設(shè)定如下： TBCCR1=Point_ArrCont_U+； TBCCR2=Point_ArrCont_U+； TBCCR3=Point_ArrCont_U+； /下橋臂TBCCR4= TBCCR1-DEADTIME；TBCCR5= TBCCR2-DEADTIME；TBCCR6= TBCCR3-DEADTIME； /上橋臂其中的DEADTIME為死區(qū)時(shí)間32，在這段時(shí)間內(nèi)同相的上橋臂和下橋臂同時(shí)關(guān)斷，用來避免因IGBT的反應(yīng)延遲而造成的短路現(xiàn)象。需要注意的是，比較增減計(jì)數(shù)模式的波形和三角波斬波的波形是完全相反的，這并不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，僅僅會(huì)給還原出的正弦波帶來180度的相位差。因此，在這種情況下，實(shí)際的SPWM輸出頻率f =4x1975-N二25.003 Hz，對(duì)于電梯門機(jī)控制這類對(duì)于誤差要求不是很嚴(yán)格的場(chǎng)合而言，這樣的輸出精度是完全能夠滿足應(yīng)用要求的。系統(tǒng)以1Hz作為變頻的最小變頻單位，在計(jì)算鄰近的頻點(diǎn)時(shí)，必須考慮載波頻率問題。相鄰頻點(diǎn)之間的載波比的變化不能過大，否則會(huì)導(dǎo)致電機(jī)工作特性的改變，電機(jī)運(yùn)行的噪聲會(huì)產(chǎn)生突變問