基于MSP430單片機(jī)的多功能直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)驗(yàn)

.z信息工程系課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)題目:基于MSP430單片機(jī)的多功能直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器摘要本設(shè)計(jì)介紹了一種基于MSP430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的單閉環(huán)直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，隨著我國(guó)工業(yè)的開(kāi)展，越來(lái)越多的生產(chǎn)機(jī)械要求能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速。由于MSP430系列的單片機(jī)具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快、集成度高、外部設(shè)備豐富、超低功耗等優(yōu)點(diǎn),本設(shè)計(jì)介紹了一種基于MSP430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的單閉環(huán)直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用MSP430單片機(jī)的Timer-A模式產(chǎn)生PWM波，通過(guò)改變PWM波的占空比來(lái)控制電機(jī)的速度，并著重介紹了PWM的調(diào)速原理。其中采用光耦隔離的方法實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與外部電路之間的電氣隔離，PWM波經(jīng)過(guò)功率驅(qū)動(dòng)芯片放大后控制直流電機(jī)的電樞電壓進(jìn)展平滑調(diào)速并由霍爾元件檢測(cè)出直流電機(jī)轉(zhuǎn)速構(gòu)成的速度反應(yīng)，設(shè)置四個(gè)獨(dú)立性鍵盤分別控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、加速和減速，最后通過(guò)LED動(dòng)態(tài)顯示出直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。采用MSP430單片機(jī)控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速取代了以往的模擬控制，使控制精度高，而且方便系統(tǒng)的升級(jí)和改良，靈活性和適應(yīng)性更強(qiáng)。關(guān)鍵詞：MSP430PWM調(diào)速直流電機(jī)目錄摘要4目錄51任務(wù)提出與方案論證21.1課題研究的目的意義21.2主要內(nèi)容及方法手段22具體電路設(shè)計(jì)42.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理42.2單片機(jī)的最小系統(tǒng)42.3PWM波調(diào)速72.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路92.5LED顯示112.6測(cè)速電路123總結(jié)143.1總結(jié)14參考文獻(xiàn)15-.z1任務(wù)提出與方案論證1.1課題研究的目的意義設(shè)計(jì)目的隨著我國(guó)工業(yè)的開(kāi)展，電動(dòng)機(jī)作為電能轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石油化學(xué)、國(guó)防等工業(yè)部門中，隨著對(duì)生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高和產(chǎn)量的增長(zhǎng)，越來(lái)越多的生產(chǎn)機(jī)械要求能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速。由于它具有良好的線性調(diào)速特性，簡(jiǎn)單的控制性能，高效率，優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性，現(xiàn)在仍是大多數(shù)調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)選擇。因此研究直流電機(jī)的速度控制，有著非常重要的意義。根據(jù)當(dāng)前單片機(jī)開(kāi)展的趨勢(shì)，以TI公司的MSP430系列單片機(jī)，全面的用來(lái)控制直流電機(jī)，旨在實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速，即可平滑改變電動(dòng)機(jī)電樞電壓，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)升速、降速、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)等功能。設(shè)計(jì)的意義直流電動(dòng)機(jī)是最早實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。長(zhǎng)期以來(lái)，直流電動(dòng)機(jī)一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。隨著生產(chǎn)技術(shù)的開(kāi)展，對(duì)直流電氣傳動(dòng)在起制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度、調(diào)速*圍、靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等方面提出了更高的要求，這就要求大量使用直流調(diào)速系統(tǒng)。由于它具有良好的線性調(diào)速特性，簡(jiǎn)單的控制性能，高效率，優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性，現(xiàn)在仍是大多數(shù)調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)選擇。因此研究直流電機(jī)的速度控制，有著非常重要的意義。1.2主要內(nèi)容及方法手段主要內(nèi)容該系統(tǒng)利用MSP430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，通過(guò)單片機(jī)的片內(nèi)設(shè)計(jì)和外圍模塊完成整個(gè)電路設(shè)計(jì)。其中通過(guò)MSP430F149的Timer-A模式產(chǎn)生PWM輸出以生成控制信號(hào)，外圍模塊主要是光耦隔離、驅(qū)動(dòng)、鍵盤、LED、霍爾傳感器的設(shè)計(jì)。方法手段介紹了一種基于MSP430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的單閉環(huán)直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，該單片機(jī)利用MSP430F149的Timer-A模式產(chǎn)生PWM輸出以生成控制信號(hào)，將PWM波通過(guò)光耦TLP521實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與外部電路之間的電氣隔離，經(jīng)過(guò)功率驅(qū)動(dòng)芯片L298放大后控制直流電機(jī)的電樞電壓進(jìn)展平滑調(diào)速并由霍爾元件檢測(cè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速構(gòu)成的速度反應(yīng)，通過(guò)四個(gè)獨(dú)立性鍵盤分別控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速和減速，最后通過(guò)LED動(dòng)態(tài)顯示出電機(jī)的轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)狀態(tài)。下列圖1-1為系統(tǒng)硬件構(gòu)造簡(jiǎn)圖。MSP430MSP430顯示電源鍵盤電氣隔離電氣隔離驅(qū)動(dòng)M測(cè)速元件接口電路圖1-1系統(tǒng)硬件構(gòu)造簡(jiǎn)圖2具體電路設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理系統(tǒng)主要由MSP430單片機(jī)及其最小系統(tǒng)、直流電機(jī)、驅(qū)動(dòng)、鍵盤、LED顯示、霍爾元件等組成。其中，MSP430單片機(jī)是整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的核心。在MSP430單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)中，MSP430F149的Timer-A可以產(chǎn)生PWM波，通過(guò)設(shè)置的四個(gè)獨(dú)立性鍵盤，其中兩個(gè)用來(lái)改變單片機(jī)產(chǎn)生PWM的占空比，MSP430F149通過(guò)P1.2口輸出PWM波經(jīng)過(guò)光耦TLP521-1隔離和反相器求反后送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298的使能端ENA，控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。另外兩個(gè)鍵盤用來(lái)改變電機(jī)的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，MSP430F149的P2.0和P2.1端口輸出值經(jīng)光耦TLP521-2隔離后送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298的IN1和IN2端口，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(cè)速裝置，將脈沖信號(hào)反應(yīng)到單片機(jī)，LED實(shí)時(shí)的顯示出脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)，即電機(jī)的轉(zhuǎn)速。2.2單片機(jī)的最小系統(tǒng)單片機(jī)MSP430F149的最小系統(tǒng)包括：電源、復(fù)位電路、晶體。電源由于整個(gè)系統(tǒng)采用5V和3.3V供電，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，再用SP*1117芯片穩(wěn)壓到3.3V電壓，給CPU和3.3V外設(shè)供電，用LM7812穩(wěn)壓為12V給電機(jī)供電。如圖3-1(a)雙路穩(wěn)壓電源，3-1(b)單片機(jī)電源?？刂凭植康闹绷麟妱?dòng)機(jī)的額定電壓為12V，邏輯元件需要+5V的直流電源。我們采用雙路輸出的直流穩(wěn)壓電源。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(jiǎn)單，對(duì)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3-1〔a〕雙路穩(wěn)壓電源由上圖可見(jiàn)，這個(gè)雙路輸出的直流穩(wěn)壓電源構(gòu)造十分簡(jiǎn)單，只用了一個(gè)220V變12V的變壓器，一個(gè)整流橋，兩塊穩(wěn)壓集成電路〔7812和7805〕和4個(gè)電容。圖中C1是一個(gè)大容量的電解電容，起到低頻濾波的作用。由于C1本身的電解比擬大，對(duì)高頻交流成分的濾波效果比擬差，所以為了改善濾波電路的高頻抑制特性，在C1旁邊并聯(lián)一個(gè)高頻濾波性能較好的小電容C2。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。圖3-1〔b〕單片機(jī)電源SP*1117是一個(gè)低功耗正向電壓調(diào)節(jié)器，它的一個(gè)特性是3端可調(diào)節(jié)〔電壓可選：1.5V，1.8V，2.5V，3.0V，3.3V，及5V〕；2.2uF陶瓷電容即可保持穩(wěn)定。它可以用在一些高效率，小封裝的低功耗設(shè)計(jì)中。SP*1117有很低的靜態(tài)電流，在滿負(fù)載時(shí)其低壓差僅為1.1V。當(dāng)輸出電流減少時(shí)，靜態(tài)電流隨負(fù)載變化，并提高效率。SP*1117可以提供多種3引腳封裝，一個(gè)10uF的輸出電容可有效的保證穩(wěn)定性，然而在大多數(shù)應(yīng)用中僅需一個(gè)更小的2.2uF電容。為了確保SP*1117的穩(wěn)定性，輸出端至少需要一個(gè)2.2uF鉭/陶瓷電容或10uF的鋁電容。其值可以根據(jù)輸出負(fù)載/溫度*圍的要求變動(dòng)。也可以選用一個(gè)更大的輸出電容值〔100uF〕以增長(zhǎng)負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。為了使電源的輸出紋波較小和降低其對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的干擾，在輸入端和輸出端連接兩個(gè)電容以濾除高頻和低頻干擾，在輸出端得到穩(wěn)定的直流工作電壓。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)。一般簡(jiǎn)單的復(fù)位電路可以采用RC復(fù)位，但是很不穩(wěn)定，可靠性不高，尤其在高速和龐大的系統(tǒng)中使根本不能采用的，在MSP430系統(tǒng)中，我們都采用專門的復(fù)位芯片來(lái)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在這里采用SP708S，該芯片提供可靠的復(fù)位。圖3-2為復(fù)位電路圖。圖3-2復(fù)位電路圖SP708S系列屬于微處理器監(jiān)控器件。其集成有眾多組件，所以它可以有效的增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性及工作效率。它適用于3V和3.3V環(huán)境。手動(dòng)復(fù)位，其輸入為低電平有效。PFI供電失敗信號(hào)輸入如果沒(méi)有使用該引腳可以將PFI連接至地或VCC。NC無(wú)連接。RST高電平有效RST輸出輸出為的補(bǔ)充，一旦RST為高，為低，反之亦然。SP708S僅有一個(gè)復(fù)位輸出。供電失敗信號(hào)輸出。SP708S在上電、下電及掉電情況下復(fù)位輸出；一個(gè)低電平手動(dòng)復(fù)位允許外部按鍵開(kāi)關(guān)產(chǎn)生RST信號(hào)。由圖3-2所示，當(dāng)按下RESET時(shí)低電平有效，RST高電平有效RST輸出，為單片機(jī)提供復(fù)位信號(hào)。晶體單片機(jī)內(nèi)部有時(shí)鐘模塊只需要外接震蕩元件即可工作。外接震蕩元件一般選用晶體振蕩器。單片機(jī)的根底時(shí)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。低頻振蕩器支持超低功耗，它在低頻模式下使用一個(gè)32KHZ的晶體，32KHZ的晶體連接在*IN和*OUT引腳上，不需要任何電容，在低頻模式下內(nèi)部集成了電容。低頻振蕩器也支持高頻模式和高速晶體，但連接時(shí)每端必須加電容。電容大小根據(jù)所接晶體頻率的上下來(lái)選擇。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。它需要外接在*IN2和OUT2兩個(gè)引腳，而且必須外接電容。圖3-3為高速晶體和低速晶體的連接圖。圖3-3(a)高速晶體連接圖圖3-3〔b〕低速晶體連接圖如圖3-3〔a〕所示，*IN2和*OUT2連接高速晶體8MHZ,同時(shí)附有兩個(gè)電容。圖3-3〔b〕所示*IN和*OUT連接12KHZ的低速晶體。2.3PWM波調(diào)速直流電機(jī)PWM的調(diào)速原理脈寬調(diào)制控制技術(shù)通常簡(jiǎn)稱為PWM控制技術(shù)，是利用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，把直流電壓變成電壓脈沖列，控制電壓脈沖的寬度或周期已到達(dá)變壓目的，或控制電壓脈沖的寬度或周期以到達(dá)變壓變頻目的的一種控制技術(shù)。圖3-4給出了PWM調(diào)速系統(tǒng)的工作原理電路及其輸出波形。圖3-4〔a〕PWM工作原理圖圖3-4〔b〕PWM輸出波形圖假設(shè)Vi先導(dǎo)通T1秒，然后又關(guān)斷T2秒，如此反復(fù)進(jìn)展，可得到圖3-4(b)的波形圖。可以得到電機(jī)電樞端的平均電壓Ua，如公式(3-1)。=(3-1)其中=(3-2)可定義為占空比。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。故改變值就可以到達(dá)調(diào)壓的目的。改變有三種方法：第一種就是T1保持不變，使T2在0到無(wú)窮之間變化；第二種就是T2不變，使T1在0到無(wú)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。Timer-A實(shí)現(xiàn)PWM1．MSP430單片機(jī)的Timer-A特性具有16位計(jì)數(shù)器，4種工作模式。具有多種可選的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘源。具有3個(gè)或者5個(gè)可配置的捕獲/比擬存放器。支持多時(shí)序控制、多個(gè)捕獲/比擬功能及多種輸出波形(PWM)。具有異步輸入、輸出鎖存功能。沒(méi)有自動(dòng)重載時(shí)間常數(shù)功能，但產(chǎn)生的定時(shí)脈沖或PWM信號(hào)沒(méi)有軟件帶來(lái)的誤差。能捕獲外部事件發(fā)生的時(shí)間，鎖定其發(fā)生時(shí)的上下電平。具有完善的中斷效勞功能。具有8種輸出方式選擇，3個(gè)可配置輸出單元。2．Timer-A構(gòu)造(1)計(jì)數(shù)器局部計(jì)數(shù)器局部用來(lái)完成時(shí)鐘源的選擇與分頻、模式控制及計(jì)數(shù)等功能。輸入的時(shí)鐘源具有4種選擇，所選定的時(shí)鐘源又可以1、2、4或8分頻作為計(jì)數(shù)頻率，Timer-A可以通過(guò)選擇4種工作模式靈活的完成定時(shí)/計(jì)數(shù)功能。(2)捕獲/比擬存放器捕獲/比擬存放器用于捕獲事件發(fā)生的時(shí)間或產(chǎn)生的時(shí)間間隔，捕獲比擬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。捕獲/比擬器相互之間工作完全相互獨(dú)立。(3)輸出單元輸出單元用于產(chǎn)生用戶所需要的輸出信號(hào)。Timer-A具有可選的8種輸出模式，支持PWM輸出。2.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路電氣隔離電路光耦TLP521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，以確保單片機(jī)的正常工作。圖3-8為光耦TPL521-1實(shí)現(xiàn)MSP430單片機(jī)的P1.2/TA1輸出端口與驅(qū)動(dòng)芯片L298的ENA口之間的電氣隔離電路圖。圖3-8電氣隔離電路由圖3-8所示，當(dāng)TLP521-1得輸入端Vin為高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出端Vout為低電平；輸入端Vin為低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出端Vout為高電平。因此為了保證MSP430的P1.2/TAL輸出PWM波的極性，在TLP521-1的輸出端接反相器74HC14后再送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298的使能輸入端ENA來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)電路圖3-9為驅(qū)動(dòng)電路。在L298的內(nèi)部集成有兩個(gè)橋式電路的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，在此只用到了其中的一個(gè)。H橋驅(qū)動(dòng)電路是由四個(gè)開(kāi)關(guān)管構(gòu)成，這樣很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行。我們可以根據(jù)四個(gè)開(kāi)關(guān)管進(jìn)展控制，使其能夠進(jìn)展正反轉(zhuǎn)的調(diào)速功能控制。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。以電機(jī)正轉(zhuǎn)為例，當(dāng)IN1為高電平時(shí)，V1和V4導(dǎo)通時(shí)，V2和V3關(guān)斷，電機(jī)兩端加正向電壓，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。圖3-9驅(qū)動(dòng)電路如圖3-9所示，單片機(jī)MSP430F149通過(guò)P1.2/TA1輸出PWM波經(jīng)過(guò)光耦TLP521-1隔離和反相器74HC14求反后送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298的使能端ENA，控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。MSP430F149的P1.0和P1.1端口輸出值經(jīng)光耦TLP521-2隔離后送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298的IN1和IN2端口，以確定直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)方向。當(dāng)IN1為高電平時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)IN2為高電平時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。L298的兩個(gè)輸出與電機(jī)的兩端相連。同時(shí)要在電機(jī)的兩端連接四個(gè)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(shí)，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)。1.L298的邏輯控制L298內(nèi)部有2個(gè)功能完全一樣的驅(qū)動(dòng)模塊，每個(gè)模塊能控制一個(gè)直流電機(jī)調(diào)速。本文設(shè)計(jì)只用其中一個(gè)模塊。對(duì)于另外一個(gè)模塊的三個(gè)引腳選擇懸空。該模塊有三個(gè)控制輸入端口：ENA、IN1、IN2。ENA接PWM波，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速；IN1、IN2用來(lái)組合控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。控制輸入端的電平和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3-10所示。其中H表示控制輸入端為高電平，L表示低電平，*表示為低電平或者高電平。表3-10L298對(duì)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快速停頓H**自由停頓L**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)IN1、IN2輸入狀態(tài)不同時(shí)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)，且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與高電平控制有關(guān)，即當(dāng)IN1為高電平IN2為低電平時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)IN2為高電平IN1為低電平時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)IN1、IN2輸入狀態(tài)一樣時(shí)電機(jī)快速停頓。當(dāng)ENA為低電平時(shí)芯片制止使用，無(wú)論IN1、IN2為任何輸入狀態(tài)，電機(jī)都會(huì)自由停頓。2.L298的控制時(shí)序圖圖3-11為L(zhǎng)298內(nèi)部三極管根據(jù)輸入信號(hào)變化的時(shí)序圖。由圖3-10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(shí)OUT1輸出波形與PWM波形一樣；當(dāng)IN2為高電平IN1為低電平時(shí)OUT2輸出波形與PWM波形一樣。圖3-11L298控制時(shí)序圖2.5LED顯示在顯示中使用共陽(yáng)數(shù)碼管顯示直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，為了節(jié)省I/O口，我們使用74LS47來(lái)把BCD碼轉(zhuǎn)換成七段LED顯示，所以在單片機(jī)中輸出轉(zhuǎn)速的數(shù)值要用BCD表示。下面給出LED與單片機(jī)的接口電路圖，如圖3-12。74LS47是BCD-7段數(shù)碼管譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，74LS47的功能用于將BCD碼轉(zhuǎn)化成數(shù)碼塊中的數(shù)字，通過(guò)它解碼，可以直接把數(shù)字轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管的顯示數(shù)字，然后我們就能看到從0-9的數(shù)字。從而簡(jiǎn)化了電路，節(jié)約了單片機(jī)的I/O端口問(wèn)題。下面是74LS47幾個(gè)引腳的介紹。(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。當(dāng)LT=0時(shí)，無(wú)論輸入A3，A2，A1，A0為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為低電平，假設(shè)驅(qū)動(dòng)的數(shù)碼管正常，是顯示8。(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。BI=0時(shí)，不管LT和輸入A3，A2，A1，A0為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為高電平，使共陽(yáng)極數(shù)碼管熄滅。(3)RBI：滅零輸入，它是為使不希望顯示的0熄滅而設(shè)定的。當(dāng)對(duì)每一位A3，A2，A1，A0均為0時(shí)，本應(yīng)顯示0，但是在RBI=0作用下，使譯碼器輸出全為高電平。其結(jié)果和參加滅燈信號(hào)的結(jié)果一樣，將0熄滅。(4)RBO：滅零輸出，它和滅燈輸入BI共用一端，兩者配合使用，可以實(shí)現(xiàn)多位數(shù)碼顯示的滅零控制。圖3-12LED與單片機(jī)接口的硬件圖由圖3-12可以看出，單片機(jī)的P1.4、P1.5、P1.6、P1.7作為BCD碼的輸出口，分別與74LS47的A、B、C和D引腳相接。單片機(jī)的P3.0、P3.1、P3.2分別作為L(zhǎng)ED的由低位到高位的選通腳，它們所對(duì)應(yīng)的LED顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速。P3.3、P3.4分別對(duì)應(yīng)LED顯示電機(jī)的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)P3.3為高電平時(shí)對(duì)應(yīng)的LED顯示1，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)P3.4為高電平時(shí)對(duì)應(yīng)的LED顯示1，電機(jī)反轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)中我采用了通過(guò)控制三極管來(lái)選通LED的方法。所使用的三極管是9014，該三極管是NPN管，當(dāng)給它一個(gè)高電平時(shí)就導(dǎo)通，給它低電平時(shí)截止。由于LED正常的工作電壓為3.5V左右，如果直接給LED選通端接5V電壓，LED可能會(huì)燒毀，所以先接兩個(gè)壓降為0.7V的普通二極管進(jìn)展降壓后再送到三極管的集電極。這樣做可以保證LED能正常地工作。2.6測(cè)速電路在硬件設(shè)計(jì)中要求將電機(jī)的速度檢測(cè)出來(lái)，并實(shí)時(shí)的顯示在LED上，測(cè)速電路如圖3-13。圖3-13測(cè)速電路如圖3-13所示，將CD40106的輸入引腳1與CS3020的輸出端相連，輸出引腳2與單片機(jī)MSP430F149的P1.3連，對(duì)脈沖進(jìn)展計(jì)數(shù)，引腳14接電源，引腳7接地。其中P1.3是運(yùn)用了單片機(jī)MSP430F149引腳的第二功能，即捕獲功能，可以捕捉到脈沖的觸發(fā)沿，從而可以記錄到脈沖的個(gè)數(shù)。選用霍爾元件CS3020作為測(cè)速的傳感器，在電機(jī)轉(zhuǎn)軸的圓周上黏上磁鋼，讓霍爾開(kāi)關(guān)靠近磁鋼，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷有信號(hào)脈沖輸出。在電機(jī)的轉(zhuǎn)葉上貼上兩片小磁鋼，則電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈霍爾傳感器輸出兩個(gè)脈沖。將輸出的兩個(gè)脈沖經(jīng)過(guò)施密特反相器，最后將脈沖反應(yīng)到單片機(jī)進(jìn)展計(jì)數(shù)。CS3020可組成轉(zhuǎn)速計(jì)探頭。該探頭由霍爾元件CS3020和磁鋼組成測(cè)量電路。將2個(gè)小磁鋼對(duì)稱固定于被測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)主軸上，當(dāng)小磁鋼測(cè)量磁路時(shí)，霍爾元件輸出高電平，其他時(shí)間輸出為低電平，這樣圓盤每轉(zhuǎn)一周，電路輸出2個(gè)脈沖，在軟件中可以設(shè)置定時(shí)時(shí)間為0.5S,這樣可測(cè)出被測(cè)對(duì)象的實(shí)際轉(zhuǎn)速。CD40106由六個(gè)施密特觸發(fā)器電路組成，每個(gè)電路均為在兩個(gè)輸入端具有施密特觸發(fā)的反相器。觸發(fā)器在信號(hào)的上升沿和下降沿的不同點(diǎn)開(kāi)、關(guān)。在本設(shè)計(jì)中只用到了它的一個(gè)電路。其中用到引腳1數(shù)據(jù)輸入端、2數(shù)據(jù)輸出端、14電源端、7接地端.施密特觸發(fā)器可用于波形變換，將邊沿變化緩慢的周期性信號(hào)變?yōu)檫呇睾芏傅木匦蚊}沖信號(hào)。用于脈沖整形，可以調(diào)節(jié)脈寬展寬的程度。用于定時(shí)，將產(chǎn)生固定時(shí)間寬度的脈沖信號(hào)。圖3-14為CD40106整形后的波形圖。圖3-14CD40106整形后的波形圖3總結(jié)3.1總結(jié)在基于MSP430單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中利用了MSP430的Timer-A模式產(chǎn)生PWM輸出以生成控制信號(hào)，能夠理想的實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速控制。其中硬件部件有MSP430單片機(jī)、固定式三端穩(wěn)壓器LM7805，LM7812、SP*1117、復(fù)位芯片SP708S、獨(dú)立式鍵盤、LED、光耦TL