2023年基于MSP430的直流电机调速系统[1].doc

石家庄铁道大学毕业设计 基于MSP430的直流电机调速系统 Speed Control System Of DC Motor Based On MSP430 2023届 电气与电子工程 学院 专 业 电气工程及其自动化 学 号 20232853 学生姓名 梁 春 娇 指导教师 张 育 军 完成日期 2023年6 月 1日 毕业设计成绩单 学生姓名 梁春娇 学号 20232853 班级 电0701-3 专业 电气工程及其自动化 毕业论文题目 基于MSP430的直流电机调速系统 指导教师姓名 张育军 指导教师职称 副教授 评 定 成 绩 指导教师 得分 评阅人 得分 辩论小组组长 得分 成绩： 院长签字： 年 月 日 毕业设计任务书 题　目 基于MSP430直流电机调速系统设计 专 业 电气工程及自动化 班 级  电0701-3 学生姓名 梁春娇 承当指导任务单位 电气与电子工程分院 导师 姓名 张育军 导师 职称 副教授 一、设计内容 应用MSP430单片机对直流电动机进行调速控制。要求熟悉MSP430的功能、原理、应用特点，设计出硬件电路，完成系统设计实现调速控制。 二、根本要求 熟练掌握MSP430器件的工作原理、典型应用方法，设计出硬件电路。掌握资料的收集和整理方法。掌握计算机软件画图。其中用PROTEL绘制硬件电路图；一份1万字以上的设计说明书；参考文献不低于15篇，其中外文文献2篇以上。翻译与课题有关的外文资料，字数不少于3000字符。 三、主要研究方法 1. 研究单片机MSP430的特性、应用。 2. 选择调速系统所需的电源、显示、驱动、测速等器件，掌握各个器件的原理及使用方法。 3. 设计硬件电路。 4. 应用PROTEL绘制原理图。 四、应收集的资料及参考文献 1.MSP430系列超低功耗16位单片机 胡大可编著, 北京航空航天大学出版社 2.MSP430系列超低功耗单片机原理与系统设计李智奇,白小平编著，西安电子科技大学出版社 3.MSP430单片机根底与实践 谢兴红编著，北京航空航天大学出版社 4.单片机应用系统开发综合实例 张萌主编, 清华大学出版社 5.现代电力电子技术根底 赵良炳主编， 清华大学出版社 五、进度方案 3月1日——3月31日 搜集资料，学习相关知识； 4月1日——4月20日 初步了解谐波的一些分析方法，学习FFT算法的原理； 4月21日——5月20日 对结果进行误差分析、校正，做出论文初稿； 5月21日——6月10日 外文资料的翻译，对论文修正、排版、打印。 教研组主任签字 时　间 　　 年　 月 日 毕业设计开题报告 题　目 基于MSP430的直流电机调速系统 学生姓名 梁春娇 学号 20232853 班级 电0701-3 专业 电气工程及其自动化 一．研究背景 在现代工业中，直流电机由于具有速度控制容易，起制动性能好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、等工业部门中得到广泛的应用。随着电力技术的进步，开展了许多新的电枢电压的控制方法，由于MSP430系列的单片机具有处理能力强、运算速度快、集成度高、外部设备丰富、超低功耗等优点，而且有很高的性价比因此在许多领域都得到了广泛的应用。其中以MSP430系列的单片机控制直流电机调速是尤为突出的一种。 二.国内外研究现状 随着科技的进步，我国科研单位都在致力研究由单片机控制直流电机的调速系统，并通过各种控制算法来多方面研究。其中提供了全系列MSP430单片机的程序范例，并提供模块化程序库，通过调用模块库内的函数，快速完成对直流电机的调速。并且MSP430单片机能够利用芯片本身的各种功能能够使调速系统更加简单实用。 根据当前单片机开展的趋势，国外的微电子技术和计算机技术的开展也得到广泛的应用，使调速装置向集成化、小型化和智能化方向开展，随着MSP430单片机的推广此单片机的产品已经遍布电子产品的每一个领域，尤其使MSP430单片机的直流调速系统的综合设计能力得到迅速提升，产生质的飞跃。 三.论文进行的主要工作 该系统利用MSP430单片机实现直流电机的单闭环调速系统，通过单片机的片内设计和外围模块完成整个电路设计。其中通过MSP430F149的Timer-A模式产生PWM输出以生成控制信号，外围模块主要是光耦隔离、驱动、键盘、LED、霍尔传感器的设计。 四.采用的方法手段 本设计介绍了一种基于MSP430单片机实现的单闭环直流电机的调速系统，该单片机利用MSP430F149的Timer-A模式产生PWM输出以生成控制信号，将PWM波通过光耦TLP521实现单片机与外部电路之间的电气隔离，经过功率驱动芯片L298放大后控制直流电机的电枢电压进行平滑调速并由霍尔元件检测直流电机转速构成的速度反响，通过四个独立性键盘分别控制电机的正转、反转、加速和减速，最后通过LED动态显示出电机的转速。 五.预期到达的结果 本设计通过改变PWM的占空比能使直流电机能够进行平滑调速，并通过LED动态显示出直流电机的转速、正转和反转状态，构成一个实用的单片机实时控制调速系统。 指导教师签字 时 间 　　 年　 月 日 本设计介绍了一种基于MSP430单片机实现的单闭环直流电机的调速系统，随着我国工业的开展，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。由于MSP430系列的单片机具有处理能力强、运算速度快、集成度高、外部设备丰富、超低功耗等优点, 本设计介绍了一种基于MSP430单片机实现的单闭环直流电机的调速系统，该系统利用MSP430单片机的Timer-A模式产生PWM波，通过改变PWM波的占空比来控制电机的速度，并着重介绍了PWM的调速原理。其中采用光耦隔离的方法实现单片机与外部电路之间的电气隔离，PWM波经过功率驱动芯片放大后控制直流电机的电枢电压进行平滑调速并由霍尔元件检测出直流电机转速构成的速度反响，设置四个独立性键盘分别控制电机的正反转、加速和减速，最后通过LED动态显示出直流电机的转速。采用MSP430单片机控制直流电机的转速取代了以往的模拟控制，使控制精度高，而且方便系统的升级和改良，灵活性和适应性更强。 关键词：MSP430 PWM调速 直流电机 Abstract This design introduces a MSP430 Microcontroller based single-loop DC motor speed control system, as Chinese industrial development, more and more production machinery required to achieve automatic speed control. MSP430 family of microcontrollers have the processing capacity, fast speed, high integration, the external device rich, ultra-low power consumption, etc.The design introduces a MSP430 Microcontroller based single-loop DC motor speed control system.The system uses the MSP430 microcontroller Timer-A mode PWM wave generated by changing the duty cycle of PWM wave to control motor speed, and highlights the PWM speed control principle. One method of using opto isolation between SCM and electrical isolation between the external circuit, PWM wave amplification through the power driver chip controls the DC motor armature voltage for smooth speed detected by the Hall element constitutes the speed of DC motor speed feedback. Set of four independent keyboard control motor, respectively, reversing, acceleration and deceleration. Finally, dynamic LED display DC motor speed. MSP430 MCU control with the speed of DC motor instead of a conventional analog control, the control of high precision, and easy system upgrades and improvements, greater flexibility and adaptability. Keywords: MSP430 PWM speed control DC motor 目录 第一章 绪论 8 1.1 课题研究的目的意义 8 1.1.1 设计目的 8 1.1.2 设计的意义 8 1.2 国内外研究现状 8 1.3 主要内容及方法手段 8 1.3.1 主要内容 8 1.3.2 方法手段 8 1.3.3 预期到达的结果 8 第二章 器件的选用 8 2.1 单片机MSP430 8 2.1.1 MSP430的特点 8 2.1.2 MSP430型号的选择 8 2.1.3 MSP430F149 8 2.2 电气隔离 8 2.2.1 光耦的选择 8 2.2.2 TLP521简介 8 2.3 驱动模块 8 2.3.1 驱动芯片的选择 8 2.3.2 L298的介绍 8 2.3.3 L298的引脚功能 8 2.4 显示方式 8 2.5 测速模块 8 2.5.1 测速元件的选择 8 2.5.2 霍尔效应及其原理 8 2.5.3 CS3020的特征及应用 8 2.5.4 CS3020的引脚说明 8 2.6 键盘的选择 8 第三章 硬件电路设计 8 3.1 系统设计原理 8 3.2 单片机的最小系统 8 3.2.1 电源 8 3.2.2 复位电路 8 3.2.3 晶体 8 3.3 PWM波调速 8 3.3.1 直流电机PWM的调速原理 8 3.3.2 Timer-A实现PWM 8 3.3.3 键盘调速 8 3.4 电机驱动电路 8