基于MSP430G2553單片機(jī)的直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、.PAGE . . . . . . .專業(yè) . .目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc3910230291 引言 PAGEREF _Toc391023029 h 2HYPERLINK l _Toc3910230302 MSP430 簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc391023030 h 3HYPERLINK l _Toc3910230313 脈寬調(diào)制（PWM）基本原理 PAGEREF _Toc391023031 h 3HYPERLINK l _Toc3910230324 硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391023032 h 4HYPERLINK l _Toc

2、3910230334.1 電源模塊設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391023033 h 4HYPERLINK l _Toc3910230344.2電機(jī)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391023034 h 4HYPERLINK l _Toc3910230354.2 調(diào)速系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391023035 h 5HYPERLINK l _Toc3910230365 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391023036 h 6HYPERLINK l _Toc3910230375. 1 MSP430 指令集和編譯軟件的特點(diǎn) PAGEREF _Toc39102303

3、7 h 6HYPERLINK l _Toc3910230385. 2 整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)思想 PAGEREF _Toc391023038 h 7HYPERLINK l _Toc3910230395.3 整個(gè)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)流程圖 PAGEREF _Toc391023039 h 7HYPERLINK l _Toc3910230406 硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc391023040 h 8HYPERLINK l _Toc3910230417 性能評(píng)估 PAGEREF _Toc391023041 h 12HYPERLINK l _Toc3910230428 總結(jié)思考 PAGEREF _Toc39

4、1023042 h 13HYPERLINK l _Toc391023043參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc391023043 h 13HYPERLINK l _Toc391023044附錄 PAGEREF _Toc391023044 h 14摘要電機(jī)控制系統(tǒng)是數(shù)控火焰切割機(jī)自動(dòng)調(diào)高器中的關(guān)鍵部件。提出了自動(dòng)調(diào)高器中電機(jī)控制系統(tǒng)的方案，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的PWM 直流電機(jī)控制硬件電路，指出了本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)需解決的關(guān)鍵問(wèn)題，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制軟件。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種實(shí)用新型的切割機(jī)自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)，較好地解決了電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣性對(duì)調(diào)高精度的影響。關(guān)鍵詞：自動(dòng)調(diào)高器；直流電機(jī)；單片機(jī)；PWM1 引言數(shù)控切割機(jī)是

5、對(duì)金屬板材下料的機(jī)電設(shè)備，作為型材加工的關(guān)鍵設(shè)備之一，它是集數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟、硬件等技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。數(shù)控切割機(jī)在切割鋼板的過(guò)程中，由于鋼板高低不平或者傾斜等其它原因會(huì)影響加工質(zhì)量，為提高加工的精度和質(zhì)量，切割過(guò)程中需要高性能的自動(dòng)調(diào)高器來(lái)保證割嘴到鋼板之間高度的恒定。電機(jī)控制系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)調(diào)整割炬高度，是自動(dòng)調(diào)高器中的關(guān)鍵部件。直流電機(jī)由于具有速度控制容易，啟、制動(dòng)性能良好，且在寬圍平滑調(diào)速等特點(diǎn)而在冶金、機(jī)械制造、輕工等工業(yè)部門中得到廣泛應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可分為兩類，即勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。勵(lì)磁控制法控制磁通，其控制功率雖然小，但低速時(shí)

6、受到磁飽和的限制，高速時(shí)受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制；而且由于勵(lì)磁線圈電感較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。所以常用的控制方法是改變電樞端電壓調(diào)速的電樞電壓控制法。調(diào)節(jié)電阻R 即可改變端電壓，達(dá)到調(diào)速目的。但這種傳統(tǒng)的調(diào)壓調(diào)速方法效率低。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)展了許多新的電樞電壓控制方法，其中PWM是常用的一種調(diào)速方法。其基本原理是用改變電機(jī)電樞（定子）電壓的接通和斷開(kāi)的時(shí)間比（占空比）來(lái)控制馬達(dá)的速度，在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，其速度增加；電機(jī)斷電時(shí)，其速度減低。只要按照一定的規(guī)律改變通、斷電的時(shí)間，即可使電機(jī)的速度達(dá)到并保持一穩(wěn)定值。最近幾年來(lái)，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及單片機(jī)的

7、廣泛應(yīng)用，使調(diào)速裝置向集成化、小型化和智能化方向發(fā)展。在單片機(jī)控制的脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，占空比D 的產(chǎn)生可以由定時(shí)器或延時(shí)軟件來(lái)產(chǎn)生。MSP430 單片機(jī)的定時(shí)器可以產(chǎn)生PWM 方波輸出，將它用于直流電機(jī)的脈寬調(diào)速系統(tǒng)是個(gè)很好的方案。2MSP430 簡(jiǎn)介儀器公司的MSP430系列單片機(jī)是一種超低功耗微處理器，具有如下特點(diǎn)：（1）功耗低，典型功耗是：2.2V時(shí)鐘頻率1MHz時(shí)，活動(dòng)模式為200，關(guān)閉模式時(shí)僅為0.1，且具有5 種節(jié)能工作方式。（2）高效16 位RISC-CPU，27條指令，8MHz 時(shí)鐘頻率時(shí)，指令周期時(shí)間125ns，絕大多數(shù)指令一個(gè)時(shí)鐘周期完成；32kHz 時(shí)鐘頻率時(shí)，16位MSP

8、430 單片機(jī)的執(zhí)行速度高于典型的8位單片機(jī)20MHz 時(shí)鐘頻率時(shí)的執(zhí)行速度。（3）低電壓供電、寬工作電壓圍：1.8V 3.6V。（4）靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)( 兩個(gè)外部時(shí)鐘和一個(gè)部時(shí)鐘)。（5） 低時(shí)鐘頻率可實(shí)現(xiàn)高速通信。（6）具有串行在線編程能力。（7）強(qiáng)大的中斷功能。（8） 喚醒時(shí)間短，從低功耗模式下喚醒僅需6。（9）ESD保護(hù)，抗干擾力強(qiáng)。基于以上特點(diǎn)，該系列單片機(jī)在便攜式儀表、智能傳感器、實(shí)用檢測(cè)儀器、電機(jī)控制、家庭自動(dòng)化等領(lǐng)域的應(yīng)用較為普遍。MSP430的16位定時(shí)器中斷可用于事件計(jì)數(shù)，時(shí)序發(fā)生，PWM等，是應(yīng)用于工業(yè)控制的理想配置。如紋波計(jì)數(shù)器、數(shù)字化電機(jī)、控制電表和手持式儀表等。DCO

9、為單片機(jī)系統(tǒng)提供一個(gè)部時(shí)鐘源并具有鎖相環(huán)，當(dāng)*TALT2 沒(méi)有提供時(shí)，系統(tǒng)依靠DCO 運(yùn)行，整個(gè)時(shí)鐘配置可以通過(guò)DCOCTL、BCSCTL1、BCSCTL2和SR等控制寄存器中相應(yīng)的位來(lái)選擇和控制以滿足用戶對(duì)系統(tǒng)的要求。不同型號(hào)單片機(jī)的存儲(chǔ)器容量和外圍模塊各不一樣，使用者可以根據(jù)需要具體選擇適應(yīng)工業(yè)級(jí)應(yīng)用環(huán)境，它的運(yùn)行環(huán)境溫度圍為，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品適合運(yùn)行于工業(yè)環(huán)境下。3脈寬調(diào)制（PWM）基本原理若把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N個(gè)彼此相連的脈沖所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列用同樣

10、數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦等分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面積（即沖量）相等，就得到一組脈沖序列，這就是PWM波形?？梢钥闯?，各脈沖寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)沖量相等效果一樣的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對(duì)于正弦的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。在PWM波形中，各脈沖的幅值是相等的，要改變等效輸出正弦波的幅值時(shí)，只要按同一比例系數(shù)改變各脈沖的寬度即可，因此在交-直-交變頻器中，整流電路采用不可控的二極管電路即可，PWM逆變電路輸出的脈沖電壓就是直流側(cè)電壓的幅值。根據(jù)上述原理，在給出了正弦波頻率，幅值和半個(gè)周期的脈沖數(shù)后，PWM

11、波形各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計(jì)算出來(lái)。按照計(jì)算結(jié)果控制電路中各開(kāi)關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。在PWM調(diào)整負(fù)載功率的過(guò)程中，負(fù)載斷開(kāi)時(shí)晶體管無(wú)電流通過(guò)，不發(fā)熱。負(fù)載接通時(shí)晶體管飽和，雖然通過(guò)有較大電流，但壓降很小，發(fā)熱功率也很低。所以使用PWM控制負(fù)載時(shí)，開(kāi)關(guān)器件的總發(fā)熱量很小。相比于串聯(lián)耗散式的調(diào)整方法，效率會(huì)高很多，適合大功率，高效率的負(fù)載調(diào)整應(yīng)用。但PWM的缺點(diǎn)是負(fù)載功率高頻波動(dòng)很大，不適合要求輸出平穩(wěn)無(wú)紋波要求的場(chǎng)合。4 硬件設(shè)計(jì)4.1 電源模塊設(shè)計(jì)首先由于本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)需要電源模塊供電，故設(shè)計(jì)了電源模塊為硬件調(diào)速系統(tǒng)供電，該電路已經(jīng)仿真測(cè)試合格，其仿真電路如下圖1所示。

12、圖1 硬件調(diào)速系統(tǒng)供電電源設(shè)計(jì)仿真圖4.2電機(jī)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)從傳感器輸出的直流電壓信號(hào)V2 是鋼板和割炬之間距離（d*）的函數(shù)，用另一個(gè)直流電壓信號(hào)V1（它是設(shè)定高度的函數(shù)）來(lái)表示設(shè)定的高度，然后把這兩個(gè)直流電壓信號(hào)的值相減，根據(jù)減得的結(jié)果來(lái)控制直流電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。據(jù)此思路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的方案如圖2 所示。V1 和V2首先經(jīng)過(guò)放大濾波電路輸出合適幅值而且穩(wěn)定電壓信號(hào)給A/D 電路，由A/D 電路分別采集之后送給單片機(jī)控制電路處理，根據(jù)處理結(jié)果通過(guò)光電隔離控制H 橋直流電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。圖2 控制系統(tǒng)電路方案圖4.2 調(diào)速系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)基于MSP430系列單片機(jī)的上述特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)一種如圖3所示的直流電機(jī)P

13、WM調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用了MSP430G2553單片機(jī)的工業(yè)級(jí)特點(diǎn)和16位定時(shí)器Timer_A比較模塊功能實(shí)現(xiàn)PWM波形輸出功能，通過(guò)按鍵改變占空比，P1.3按鍵控制增加它的正占空比，P1.4按鍵控制減小它的正占空比，P1.2輸出方波信號(hào)，用示波器來(lái)觀察波形的變化情況。并且觀察P1.6管腳連接的直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化情況，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的PWM調(diào)速。圖3直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)圖3中電路所示，系統(tǒng)主要由MSP430G2553微控制器、直流電機(jī)、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路組成。其中MSP430微控制器是整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的核心。下面分別闡述它們的工作原理。在MSP430G2553微控制器為核心的控制系統(tǒng)中，當(dāng)P1.3

14、、P1.4任何一個(gè)輸入處于邏輯低狀態(tài)時(shí)，電路輪流檢測(cè)兩個(gè)輸入按鍵并且增加或減少Timer_A捕獲/比較寄存器CCR1，軟件檢查寄存器的值以確保它不超過(guò)寄存器所保持的最大值和最小值, 因此可防止翻轉(zhuǎn)。Timer_A作為SMCLK時(shí)鐘源被設(shè)置為上升模式，輸出模式7且輸出單元1，可以在P1.2和P1.6管腳產(chǎn)生PWM方波輸出。CCR0值置為8000以定義Timer_A可計(jì)數(shù)到8000，改變CCR1的值可以改變Timer_A產(chǎn)生的PWM信號(hào)的占空比。PWM 信號(hào)用于GT8J101。DCO置于5MHz可產(chǎn)生20KHz的PWM信號(hào)，因此允許電機(jī)運(yùn)行而不會(huì)產(chǎn)生任何可聽(tīng)到的PWM噪聲。注意在圖1中，電路沒(méi)有連

15、接到MSP430的晶振。數(shù)控震蕩器( DCO) 的頻率隨著溫度和電壓變化，PWM信號(hào)頻率是基于DCO的頻率，因此它也隨著變化。而占空比是一設(shè)定好的比值和頻率無(wú)關(guān)，所以PWM信號(hào)的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間成比例的變化。因此，甚至當(dāng)DCO頻率改變時(shí)，電機(jī)的平均電壓也不變。如果需要一固定的PWM頻率，可在電路中加晶振。IGBT元件GT8J101起驅(qū)動(dòng)放大的作用于直流電機(jī)，隨著占空比的變化，電機(jī)的平均電壓也變化。正是這平均電壓的變化來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速能從低速到最大值分8級(jí)調(diào)速。在直流電機(jī)兩端接反向二極管起到保護(hù)作用。光耦TLP5211將控制電路與主電路隔離開(kāi)，防止主電路對(duì)單片機(jī)造成沖擊，確保單片機(jī)的正常

16、工作。5 軟件設(shè)計(jì)5. 1 MSP430 指令集和編譯軟件的特點(diǎn)MSP430的核CPU結(jié)構(gòu)是按照精簡(jiǎn)指令集和高透明指令的宗旨來(lái)設(shè)計(jì)的，使用的指令有硬件執(zhí)行的核指令和基于現(xiàn)有硬件結(jié)構(gòu)的高效率的仿真指令。仿真指令使用核指令及芯片額外配置的常數(shù)發(fā)生器CG1、CG2。MSP430指令的尋址方式包括立即尋址、索引尋址、符號(hào)尋址和絕對(duì)尋址。這4種方式均可用于源操作數(shù)，而索引符號(hào)和絕對(duì)尋址方式只可用于目的操作數(shù)。源操作數(shù)的指令集需占用代碼存儲(chǔ)器中的13個(gè)字。CPU中包含的16個(gè)寄存器用于縮短指令執(zhí)行時(shí)間，可以在一個(gè)時(shí)鐘周期完成寄存器與寄存器間的操作。其中4個(gè)寄存器用作特殊用途：一個(gè)程序計(jì)數(shù)器，一個(gè)堆棧指針，

17、一個(gè)狀態(tài)寄存器和一個(gè)常數(shù)發(fā)生器。其余寄存器都可以用作通用寄存器。采用寄存器寄存器結(jié)構(gòu)的指令體系，提供一種非常強(qiáng)大的匯編語(yǔ)言。MSP430系列單片機(jī)可以利用TI公司的CCS編譯，直接下載至片F(xiàn)LASH 存脫機(jī)運(yùn)行，整個(gè)用戶界面友好，調(diào)試過(guò)程中可以在上層軟件中看到各寄存器的容，并在線修改，支持單步運(yùn)行，在線觀察定義的各個(gè)變量實(shí)時(shí)值，采用把所有相關(guān)文件放入一個(gè)項(xiàng)目中的組織方式，編譯運(yùn)行時(shí)軟件會(huì)自動(dòng)將文件按在聯(lián)系自動(dòng)組合在一起，支持匯編和C語(yǔ)言的編程。追求效率的用戶可自由選擇只有27 條精簡(jiǎn)指令的匯編語(yǔ)言直接實(shí)現(xiàn)對(duì)寄存器的控制，一般的用戶可以選擇C編程，TI的C具有如下特點(diǎn)：( 1) 與ANSI 的規(guī)

18、格一致。( 2) 有可應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)，具有可選用的源代碼。( 3) IEEE 兼容的浮點(diǎn)算法。( 4) 用戶代碼可與匯編子程序連接。( 5) 快速編譯性能，代碼的優(yōu)化，靈活的變量分配和可移植性能，易于理解的出錯(cuò)和警告信息。這些都將大大縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)難度，可以說(shuō)MSP430 的軟件使用是相當(dāng)簡(jiǎn)潔、方便、高效的。5. 2 整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)思想在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，PWM輸出信號(hào)的值（占空比）是決定電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)鍵。單片機(jī)靠識(shí)別按鍵P1.3與P1.4輸入的低電平信號(hào)來(lái)控制PWM 輸出信號(hào)的值，電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退俣鹊阶畲笾捣?級(jí)調(diào)速。每按下一次P1.3鍵，PWM值遞加一次，直至最大轉(zhuǎn)速

19、；每按下一次P1.4鍵，PWM 值遞減一次，直至轉(zhuǎn)速為零。整個(gè)程序由主程序、初始化子程序、延時(shí)子程序等組成。5.3 整個(gè)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)流程圖初始化程序完成設(shè)置看門狗為停止，設(shè)置DCO為高頻，設(shè)置p1.2和P1.6為PWM輸出,設(shè)置P1.3、P1.4為輸入,設(shè)置Timer A 為上升模式、輸出模式為7 輸出PWM波，通過(guò)按鍵改變占空比，改變PWM波形。其程序流程圖見(jiàn)圖4所示。圖4 整個(gè)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)流程圖6 硬件調(diào)試在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，PWM輸出信號(hào)的值（占空比）是決定電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)鍵。單片機(jī)靠識(shí)別按鍵P1.3與P1.4輸入的低電平信號(hào)來(lái)控制PWM 輸出信號(hào)的值，電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退伲◣缀?轉(zhuǎn)速）到最大

20、值共分8級(jí)調(diào)速。每按下一次P1.3鍵，PWM的占空比值遞加一次，直至最大轉(zhuǎn)速；每按下一次P1.4鍵，PWM 值遞減一次，直至轉(zhuǎn)速為零。本文運(yùn)用MSP430G2553定時(shí)器Timer_A的比較模式以及中斷功能。采用比較輸出模式7，每次TA計(jì)數(shù)值計(jì)至TACCR*時(shí)，TA*管腳會(huì)自動(dòng)置低，當(dāng)TA計(jì)至TACCR0時(shí)，TA管腳會(huì)自動(dòng)至高，輸出的波形就是調(diào)制PWM方波。改變TACCR0的值即可改變PWM的周期，改變TACCR*的值即可改變從TA*管腳輸出信號(hào)的占空比，TACCR*越大，占空比越大。本文設(shè)置P1.2與P1.6為PWM波形輸出管腳，設(shè)置P1.3與P1.4為按鍵，通過(guò)按鍵改變PWM波的占空比，P

21、1.3按鍵控制增加它的正占空比，P1.4按鍵控制減小它的正占空比，P1.2輸出方波信號(hào)，用示波器來(lái)觀察波形的變化情況。并且觀察P1.6燈的變化情況。其實(shí)物展示圖見(jiàn)圖5-10所示。圖5 PWM波占空比為12.43%時(shí)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由圖5可知，從示波器中可以讀出當(dāng)PWM方波占空比為12.43%時(shí)，電機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度很低，可以看出此時(shí)電機(jī)處于剛好運(yùn)轉(zhuǎn)的臨界狀態(tài)，即第1級(jí)調(diào)速狀態(tài)，并且此時(shí)P1.6引腳連接的LED燈亮度很低。圖6 PWM波占空比為37.47%時(shí)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)連續(xù)按P1.3按鍵兩次，增加P1.2與P1.6管腳輸出PWM方波的占空比，由圖6可知，從示波器中可以讀出當(dāng)PWM方波占空比為37.47

22、%時(shí)，電機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度變高，可以看出此時(shí)電機(jī)處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)即第3級(jí)調(diào)速狀態(tài)，并且此時(shí)P1.6引腳連接的LED燈亮度增加。圖7 PWM波占空比為50%時(shí)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)按P1.3按鍵增加P1.2與P1.6管腳輸出PWM方波的占空比，由圖7可知，從示波器中可以讀出當(dāng)PWM方波占空比為50%時(shí)，電機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度變高，可以看出此時(shí)電機(jī)處于中速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，即第4級(jí)調(diào)速狀態(tài)，并且此時(shí)P1.6引腳連接的LED燈亮度增加。圖8 PWM波占空比為87.57%時(shí)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)連續(xù)按P1.3按鍵兩次，增加P1.2與P1.6管腳輸出PWM方波的占空比，由圖8可知，從示波器中可以讀出當(dāng)PWM方波占空比為87.57%時(shí)

23、，電機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度變高，可以看出此時(shí)電機(jī)處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，即第7級(jí)調(diào)速狀態(tài)，并且此時(shí)P1.6引腳連接的LED燈亮度增加。圖9 PWM波占空比為74.93%時(shí)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)此時(shí)按P1.4按鍵減小P1.2與P1.6管腳輸出PWM方波的占空比，由圖9可知，從示波器中可以讀出當(dāng)PWM方波占空比為74.93%時(shí)，電機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度變低，可以看出此時(shí)電機(jī)處于中高速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，即第6級(jí)調(diào)速狀態(tài)，并且此時(shí)P1.6引腳連接的LED燈亮度降低。圖10 PWM波占空比為62.53%時(shí)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)此時(shí)繼續(xù)按P1.4按鍵減小P1.2與P1.6管腳輸出PWM方波的占空比，由圖10可知，從示波器中可以讀出當(dāng)PWM方波占空比為

24、62.53%時(shí)，電機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度變低，可以看出此時(shí)電機(jī)處于第5級(jí)調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，并且此時(shí)P1.6引腳連接的LED燈亮度降低。7 性能評(píng)估系統(tǒng)在試驗(yàn)的過(guò)程中，采用軟件實(shí)現(xiàn)了占空比可調(diào)，如圖11所示為占空比為50% 的PWM波形圖，波形穩(wěn)定可靠，試驗(yàn)中能靈活改變占空比，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可從低速到最大值分為8級(jí)調(diào)速，具有很寬的調(diào)速圍。圖11 單片機(jī)輸出PWM波形圖MSP430單片機(jī)的指令周期僅為125ns，工作速度快，通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算來(lái)產(chǎn)生PWM波，算法靈活。采用軟件實(shí)現(xiàn)小到的死區(qū)時(shí)間，可以靈活的調(diào)整死區(qū)時(shí)間。公式如下：式中為死區(qū)時(shí)間，為定時(shí)器的時(shí)鐘周期，為捕獲/比較寄存器的差值。常采用的生成PWM波方法有3

25、種：一是完全由模擬電路生成；二是由數(shù)字電路生成；三是由專用集成芯片生成。模擬方法電路復(fù)雜，硬件太多，抗干擾性能差，有溫漂現(xiàn)象，系統(tǒng)可靠性低；數(shù)字方法按照不同的數(shù)字模型用計(jì)算機(jī)算出各切換點(diǎn)，將其存入存，然后通過(guò)查表及必要的計(jì)算產(chǎn)生PWM波，該方法調(diào)頻圍不寬。輸出的PWM波1/4 軸不對(duì)稱，會(huì)產(chǎn)生偶次諧波，低頻區(qū)尤其嚴(yán)重；由專用集成芯片生成PWM 波的技術(shù)近年來(lái)被廣泛采用，常用的有HEF4752，SLE4520，MA818，MA828，MA838 和MITEL公司研制的三相、單相PWM 產(chǎn)生器SA828，SA838系列芯片。它們多與微處理器連接，完成外圍控制功能，但在系統(tǒng)構(gòu)成上仍然較復(fù)雜，成本高。

26、與上述方法相比，本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。MSP430單片機(jī)是一種新型的單片機(jī)，具有超低功耗和適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用的特點(diǎn)，用美國(guó)TI公司生產(chǎn)的MSP430系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的直流電機(jī)的PWM調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，性能價(jià)格比高，因而具有實(shí)用價(jià)值。8 總結(jié)思考本作品是以MSP430G2系列Launchpad開(kāi)發(fā)平臺(tái)為核心板，配上直流電機(jī)，以及自己設(shè)計(jì)的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，軟件設(shè)計(jì)等等，利用單片機(jī)產(chǎn)生的PWM波的占空比的大小來(lái)調(diào)節(jié)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，本作品的特點(diǎn)是穩(wěn)定性方面，采用了加速曲線的措施實(shí)現(xiàn)了較快的轉(zhuǎn)速，同時(shí)保證系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。當(dāng)然同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一些硬件和軟件方面的問(wèn)題，比如如果用TA中斷來(lái)代替延時(shí)，程序

27、就用跑飛，而用空循環(huán)就可以正常運(yùn)行；再比如同樣的程序，用IAR集成開(kāi)發(fā)工具下載調(diào)試，電機(jī)就可以正常轉(zhuǎn)動(dòng)，而用CCS卻不行。參考文獻(xiàn)1 胡大可. MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機(jī)M . : 航空航天大學(xué), 2001.2 左玉蘭,馬宗龍. 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的單片機(jī)控制 J . 集成電路應(yīng)用, 1999.3 王福瑞. 單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全 M . : 航空航天大學(xué), 1999.4 國(guó)呈.PWM變頻調(diào)速技術(shù).：機(jī)械工業(yè)，19985 MSP430G2553 Data Sheet.6 童詩(shī)白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）,清華大學(xué),2006.01 附錄/程序清單#include m