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无刷电机MSP430的控制设计电路

时间:2018-06-29
关键字:msp430   无刷电机   控制设计电路   

MSP430概述

MSP430是德州公司新开发的一类具有16位总线的带HLASH的单片机,由于其性价比和集成度高,受到广大技术开发人员的青睐。

它采用16位的总线,外设和内存统一编址,寻址范围可达64K,还可以外扩展存储器。具有统一的中断管理,具有丰富的片上外围模块,片内有精密硬件乘法器、两个16位定时器、一个14路的12位的模数转换器、一个看门狗、6路P口、两路USART通信端口、一个比较器、一个DCO内部振荡器和两个外部时钟,支持8M的时钟。由于为HLASH型,则可以在线对单片机进行调试和下载,且JTAG口直接和FET(FLASHEMULATIONTOOL)的相连,不须另外的仿真工具,方便实用,而且,可以在超低功耗模式下工作,对环境和人体的辐射小测量结果为100mw左右的功耗(电流为14mA左右),可靠性能好,加强电干扰运行不受影响,适应工业级的运行环境ll,适合与做手柄之类的自动控制的设备.MSP430系列单片机的主要优点就是低功耗,所以在选择MSP430系列单片机设计系统时,除了要考虑外围电路的低功耗以外,还要根据系统要求选择合适的MSP430单片机,但是我们原则是够用就可以,不提倡资源的浪费。

MSP430F149特性

①低电压、超低功耗。工作电压3.6V~1.8V ,正常工作模式280μA@1MHz,2.2V,待机模式1.6μA,RAM数据保存的掉电模式下0.1μA。五级节电模式。

②快速苏醒,从待机模式下恢复工作,只需要不到6μS时间。

③16位精简指令集MCU,命令周期125nS。

④12位ADC,具有内部参考电压源,并且具有采样、保持、自动扫描等功能。具有12位的模数转换器可以得到很高的精度,并且省去了使用专门的模数转换器给设计电路板带来的麻烦。

⑤2个16位计数器。具有捕获、门限功能。

⑥具有片内比较器。

⑦支持ISP(在线系统编程),方便开发和项目升级。

⑧支持序列号,熔丝位烧写。方便简单。

⑨双串口

⑩支持超小型封装:64P-QFP、64P-QFN。

MSP430F149引脚及功能

 

msp430无刷电机控制设计电路

 

因为MSP430F149的引脚较多所以在此只将用到的引脚做以下说明。

P1.0/TACLK一普通数字I/O引脚/TImer-A,时钟信号TACLK输入。

P1.1/TA0--普通数字I/O引脚‘TImer-A,捕获;CCIO输入,比较:OUTO输出。

P1.2/TA1--普通数字I/O引脚/TImer-A,捕获;CCI1输入,比较:OUT1输出。

P1.3/TA2-普通数字I/O引脚,’Timer-A,捕获;CCI2输入,比较:OUT2输出。

P1.4/SMCLK--普通数字I/O引脚/SMCLK信号输入。

P1.5/TA0--普通数字IO引脚/Timer-A,比较:OUTO输出。

P1.6/TA1--普通数字I/O引脚/Timer-A,比较:OUT1输出。

P1.7/TA2-普通数字I/O引脚/Timer-A,比较:OUT2输出。

P2.0/ACLK--普通数字I/O引脚/ACLK输出。

P2.1/TAINCLK--普通数字I/O引脚/Timer-A,吋狆信号TAINCLK

P2.2/CAOUT/TAO--普通数字IO引脚/Timer-A:捕荻:CCIOB輸入比較器-A輸出。

P2.3/CAOTA1--普通数字I/O引脚Timer-A:比較:OUT1輸出/比較器-A輸出。P2:4/CA1/TA2--普通数字IO引脚/Timer-A:比較:OUT2輸出/比較器-A輸出。P2.5/Rosc一普通数字I/O引脚/定乂DOC杯称頻率的外部屯阻輸入。P2.6/ADC12CLK--普通数字1O引脚/綾換吋紳-12位ADC。

P3.O/SETO--普通数字IO引脚/从岌送使能-USARTO/SPI方式。

P3.1S1M00--普通数字I/o引脚从輸入主輸出-USARTOISPI方式。P3.2SOMI0--普通数字I/O引脚从輸出/主輸入-USARTOISPI方式。

P33/UCLKO--普通数字I/O引脚外部吋狆輸入-USARTO/UART/SPI方式。

P3.4/UTXDO--普通数字I/O引脚/岌送数据輸出-USARTO/UART方式。

P3.5/URXDO--普通数字I/O引脚/接收数据輸出-USARTOUART方式。

RSTNMI--夏位輸入,非屏蔽中断輸入端口,或引尋装載程序后劫(FLASH器件)。

XIN--晶体振蕩器XT1的輸入端口,可以達接棕准晶体。

XOUT--晶体振蕩器XT1的輸出端口。

XT2IN--晶体振蕩器XT2的輸入端口,只能達接棕准晶体。

XT2OUT--XT2的輸出端口。

Vcc--屯源正端。

Vss--屯源灸端。

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1、系统总体功能介绍

本设计总体功能如图4.1所示,以MSP430F149作为控制核心,通过专用驱动芯片LM621连接逆变电路驱动电机工作,按键实现加速诚速功能,加速键按下一次转速增加100转,减速键盘按下一次转速减少100转,可调范围在2000转到4000转之间,通过涡轮流量计测试实际流量信息反馈到单片机中实现高精度的电机转速调节,LCD1602实时显示流量信息。图4.2为系统总体软件流程图。

 

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2、MSP430F149单片机最小系统

MSP430F149单片机最小系统由MSP430F149单片机,晶振以及复位电路组成。两个晶振分别接单片机的XIN1,XOUT1,XIN2xoUT2口,复位电路采用专用复位芯:片SP7085,与单片机RESET口连接,采用SPX1117M3-3.3为单片机供电3.3V。MSP430F149单片机最小系统硬件连接如图4.3.

 

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3、显示模块介绍

3.1显示模块硬件设计

本系统采用LCD1602液晶屏显示,P4口接上拉电阻,LCD1602液晶屏的控制端接在P3口上面,P3.5--P3.7口。

 

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3.2显示模块软件设计

用LCD显示一个字符时比较复杂,首先找到显示屏上某个位置所对应的RAM区的8个字节,在有程序分别对这个8个字节置41”或置*o?,“1”表示点亮,“0”表示

不亮,这样组合起来就能把一个字符点亮。但是有的控制器内部自带字符发生器,如LCD1602,显示一个字符就非常容易了,把控制器的工作设定在文本方式,再根据字符显示的位置,找到该位置找出显示RAM所对应的地址,设立光标,在把所需要的字符代码送上去就可以了。显示模块软件流程图如图4.5。

 

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4、驱动模块介绍

4.1驱动模块硬件设计

本设计采用电机专用驱动芯片LM621驱动逆变电路实现电机的运行。LM621的HS1,HS2,HS3与霍尔位置传感器相连,接入位置信号以控制电机的电子换相,引脚11、12、13(灌电流输出端),引脚14、15、16(抽电流输出端)分别与逆变电路连接驱动电机,VCC2接+5V电源JINH接单片机P2.7口输入PWM波,DIR接单片机P2.6口控制转向,硬件连接图如图4.6。

 

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4.2PWM控制软件设计

PWM(脉冲宽度调制)是通过控制固定电压的直流电源开关频率,改变负载两端的电压,从而达到控制要求的一种电压调整方法。本次设计采用定频调宽方式MSP430F149本身含有PWM产生模块,利用MSP430F149单片机的TIMEA的模式7产生PWM波对电机进行调速。根据电机参数设定调速范围为2000转~4000转,每次加速键(减速键)按下,电机转速诚少(增加)100转,调速等级分为20级,经计算,每次占空比改变0.025。

 

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5、按键模块介绍

5.1按键模块硬件设计

本设计采用1*4矩阵键盘实现对整个系统的操作,四按键一端分别通过1k的电阻与单片机的P3.0,P3.1,P3.2,P3.3接口连接,另一端通过100k的电阻与+5V电源连接。按键模块连接如图4.8。

 

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5.2按键模块软件设计

本系统使用最简单的1*4矩阵键盘实现对整个系统的操作。各键对应的功能和键值加圭4.1

 

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各键详细功能如下:

BUTTON1:启动系统。单片机上电初始化后,首先扫描键盘,若BUTTON1被按下,则启动系统,否则将一直扫描键盘,此时其他键没有任何功能。BUTTON2和BUTTON4:通过按BUTTON4或BUTTON4,当前位闪烁,此时通过BUTTON2和BUTTON4可对当前位进行+1/-1,若2S内没有操作,系统自动确认当前输入值。

BUTTON3:正反转,实现电机机的反转。按键模块子程序流程图如图4.9

 

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6、限流电路设计

主回路中通过电动机的电流最终是经过电阻R4接地。因此,U=R4IM:其大小正比于电动机的电流IMO而U{同数/模转换器的输出电压UO分别送到LM324运算放大器的两个输入端,一旦反馈电压Uf大于来自数/模转换器的给定信号Uo,则LM324运算放大器输出为低电平,通过非门变为高电平输入到LM621的引脚17,使输出关断,从而截断了直流无刷电动机定子绕组的所有电流通路,迫使电动机电流下降,一旦电流下降到时Uq小于Uo,则LM324运算放大器输出回到高电平,通过非门变为低电平,接LM621的17脚,LM621正常工作。

 

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7、速度反馈电路设计

涡轮流量计采用24V直流供电,输出24V脉冲信号经过电阻分压变为3.3V脉冲信号,与单片机P2.5口连接。电路硬件连接见图4.11。涡轮流量计输出的电压脉冲信号与瞬时流量之间的计算公式为Q=3600xfk,通过采集流量反馈信号实现对流量的闭环精确控制。

 

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