msp430单片机实现PWM
基于MSP430单片机的直流电机PWM调速系统的研究
基于MSP430单片机的直流电机PWM调速系统的研究一、本文概述随着微控制器技术的快速发展，其在各种控制系统中的应用也日益广泛。
MSP430单片机作为一种低功耗、高性能的微控制器，被广泛应用于各种嵌入式系统和智能设备中。
其中，直流电机PWM调速系统就是MSP430单片机的一个重要应用领域。
本文旨在研究基于MSP430单片机的直流电机PWM调速系统。
我们将介绍MSP430单片机的基本特性及其在直流电机控制中的优势。
然后，我们将详细分析PWM（脉冲宽度调制）调速系统的基本原理和优点，以及如何在MSP430单片机上实现PWM控制。
接下来，我们将通过硬件设计和软件编程，构建一个基于MSP430单片机的直流电机PWM调速系统，并对其性能进行实验验证。
我们还将讨论该系统在实际应用中的潜力和可能面临的挑战，如噪声干扰、电机保护、系统稳定性等问题，并提出相应的解决方案。
我们将总结本文的主要研究成果，并展望未来的研究方向和应用前景。
通过本文的研究，我们希望能够为MSP430单片机在直流电机PWM 调速系统中的应用提供理论和实践指导，推动相关技术的发展和应用。
二、MSP430单片机概述MSP430单片机是德州仪器（Texas Instruments，简称TI）推出的一款低功耗、高性能的微控制器。
其独特的设计理念和广泛的应用场景，使得MSP430单片机在众多嵌入式系统中占有一席之地。
MSP430单片机以其超低的功耗、丰富的外设资源、高效的指令集以及灵活的编程方式，被广泛应用于各种低功耗、实时性要求高的嵌入式系统中。
MSP430单片机具有多种型号，涵盖了不同的性能和功能需求。
其核心采用精简指令集（RISC）架构，使得指令执行速度更快，效率更高。
MSP430单片机还具有丰富的外设接口，如串行通信接口（UART）、SPI、I2C等，方便与外部设备进行通信。
在直流电机PWM调速系统中，MSP430单片机扮演着关键角色。
通过编程控制PWM波的占空比，MSP430单片机可以实现对直流电机的精确调速。
MSP430单片机PWM调制的说明及源代码
用于产生直流电平的滤波器仅仅是用来储存电荷的而不像交流信号滤波器那样
用来滤波因此采用了一个简单的单极RC 滤波器
4.程序流程
用MSP430F449 的Timer_B 的PWM 来产生正弦波和直流电平的程序比较简单流
程如图4 所示MSP430F449 自身有FLL 可用它来实现DCO 的频率校准但是
实现低功耗尽量避免采用有
源器件
用于交流信号的滤波器是一个
双极点级联RC 滤波器如果滤
波器阶数过高可以采用提高
的抽样频率的办法来降低滤波
器阶数滤波器的截至频率fc
由下式来计算
当R2 ? R1 时滤波器的响应较
好但是如果截至频率很接近信号带宽边沿将会导致相当大的衰减因此为了
减小滤波器的衰减截至频率应该大于信号带宽边沿但是要远小于PWM 信号的
新的正弦波抽样值载入捕获/比较寄存器CCR1 中因此产生的PWM 信号的脉冲宽
度就决定了正弦波在每一个时刻的抽样值将这个PWM 信号经过低通滤波即得
所需的正弦波
3.2 直流电平的产生
直流电平产生比较简单因为它对应的PWM 占空比是一定的直流电平直接正比
于PWM 信号的占空比要产生0.5VCC 的直流电平PWM 的占空比显然是50% 考
FLL_CTL0 = XCAP18PF; // 设置XTAL1 的负载电容
SCFQCTL = 50-1; // 1.6384MHz/32768Hz = 50,fDCO=MCLK=1.6384MHz
for (i = 50000; i; i--); // 晶振初始化延时
//***设置Timer_B***//
TBCCR2=128; //PWM 的占空比为50%,产生0.5VCC 的直流电平
MSP430程序库之定时器TA的PWM输出
MSP430程序库之定时器TA的PWM输出定时器是单片机常用的其本设备，用来产生精确计时或是其他功能；msp430的定时器不仅可以完成精确定时，还能产生PWM波形输出，和捕获时刻值(上升沿或是下降沿到来的时候)。
这里完成一个比较通用的PWM波形产生程序。
1.硬件介绍：MSP430系列单片机的TimerA结构复杂，功能强大，适合应用于工业控制，如数字化电机控制，电表和手持式仪表的理想配置。
它给开发人员提供了较多灵活的选择余地。
当PWM 不需要修改占空比和时间时，TimerA 能自动输出PWM，而不需利用中断维持PWM输出。
MSP430F16x和MSP430F14x单片机内部均含有两个定时器，TA和TB；TA 有三个模块，CCR0-CCR2；TB含有CCR0-CCR67个模块；其中CCR0模块不能完整的输出PWM波形(只有三种输出模式可用);TA可以输出完整的2路PWM波形；TB可以输出6路完整的PWM波形。
定时器的PWM输出有有8种模式：输出模式0 输出模式：输出信号OUTx由每个捕获/比较模块的控制寄存器CCTLx中的OUTx位定义，并在写入该寄存器后立即更新。
最终位OUTx直通。
输出模式1 置位模式：输出信号在TAR等于CCRx时置位，并保持置位到定时器复位或选择另一种输出模式为止。
输出模式2 PWM翻转/复位模式：输出在TAR的值等于CCRx时翻转，当TAR 的值等于CCR0时复位。
输出模式3 PWM置位/复位模式：输出在TAR的值等于CCRx时置位，当TAR 的值等于CCR0时复位。
输出模式4 翻转模式：输出电平在TAR的值等于CCRx时翻转，输出周期是定时器周期的2倍。
输出模式5复位模式：输出在TAR的值等于CCRx时复位，并保持低电平直到选择另一种输出模式。
输出模式6PWM翻转/置位模式：输出电平在TAR的值等于CCRx时翻转，当TAR值等于CCR0时置位。
输出模式7PWM复位/置位模式：输出电平在TAR的值等于CCRx时复位，当TAR的值等于CCR0时置位。
msp430TAx PWM输出详解
对于那么多的TAx输出口,那么多的模式,真是不知所措,那么今天让我们来详细的讨论一下msp430单片机TAx哪些管脚可以输出,以及其输出模式又是怎样的,又该怎样写程序.不着急一步一步来首先让我们来了解下关于输出模式:（1）模式0（电平输出）：在输出模式0下，TAx管脚与普通的输出IO口一样，可以由软件操作OUT控制位来控制TAx管脚的高低电平。
（2）模式1与模式5（单脉冲输出）：利用比较模块的模式1和模式5，可以替代单稳态电路，产生单脉冲波形。
在输出模式1下，当主计数器计至TACCRx值时，TAx管脚置1。
如果通过OUT控制位事先将TAx的输出设为低，经过TACCRx个周期后，TAx将自动变高。
这样做可以输出一个低电平脉冲。
通过改变TACCRx 的值，可以改变低电平脉冲的周期，且脉冲过程无需CPU的干预。
在输出模式5下，当主计数器计至TACCRx值时，TAx管脚置0.如果通过OUT 控制位事先将TAx输出设置为高，经过TACCRx个周期后，TAx将自动变低。
这样做可以输出一个高电平脉冲。
通过改变TACCRx的值可以改变该点评脉冲的周期，且脉冲过程无需CPU的干预。
（3）模式3和模式7（PWM输出）：脉宽调制是最常用的功率调整手段之一。
所谓脉宽调制，顾名思义，是指在脉冲方波周期一定的情况之下，通过调整脉冲的宽度，改变负载通断时间的比例，以达到功率调节的目的。
PWM波形中，负载接通时间与一个周期总时间之比叫做占空比。
占空比越大，负载功率就越大。
如果PWM频率足够高以至于不足以表现表现出负载断续，从宏观上看，负载实际功率将是连续的。
在PWM调整负载功率的过程中，负载断开时晶体管无电流通过，不发热。
负载接通时晶体管饱和，虽然通过有较大电流，但压降很小，发热功率也很低。
所以使用PWM控制负载时，开关器件的总发热量很小。
相比于串联耗散式的调整方法，效率会高很多，适合大功率，高效率的负载调整应用。
但PWM的缺点是负载功率高频波动很大，不适合要求输出平稳无纹波要求的场合。
基于MSP430的直流电机调速系统
摘要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，随着我国工业的发展，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馈，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进，灵活性和适应性更强。
关键词：MSP430 PWM调速直流电机AbstractThis 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 (1)1.1 课题研究的目的意义 (1)1.1.1 设计目的 (1)1.1.2 设计的意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 主要内容及方法手段 (2)1.3.1 主要内容 (2)1.3.2 方法手段 (2)1.3.3 预期达到的结果 (3)第二章器件的选用 (4)2.1 单片机MSP430 (4)2.1.1 MSP430的特点 (4)2.1.2 MSP430型号的选择 (4)2.1.3 MSP430F149 (5)2.2 电气隔离 (9)2.2.1 光耦的选择 (9)2.2.2 TLP521简介 (9)2.3 驱动模块 (11)2.3.1 驱动芯片的选择 (11)2.3.2 L298的介绍 (11)2.3.3 L298的引脚功能 (11)2.4 显示方式 (12)2.5 测速模块 (13)2.5.1 测速元件的选择 (13)2.5.2 霍尔效应及其原理 (13)2.5.3 CS3020的特征及应用 (14)2.5.4 CS3020的引脚说明 (14)2.6 键盘的选择 (15)第三章硬件电路设计 (16)3.1 系统设计原理 (16)3.2 单片机的最小系统 (16)3.2.1 电源 (16)3.2.2 复位电路 (18)3.2.3 晶体 (18)3.3 PWM波调速 (19)3.3.1 直流电机PWM的调速原理 (19)3.3.2 Timer-A实现PWM (20)3.3.3 键盘调速 (23)3.4 电机驱动电路 (24)3.4.1 电气隔离电路 (24)3.4.2 驱动电路 (25)3.5 LED显示 (27)3.6 测速电路 (28)第四章结论与展望 (30)4.1 结论 (30)4.2 展望 (30)参考文献 (31)致谢 (32)附录A (33)附录B (41)第一章绪论1.1 课题研究的目的意义1.1.1 设计目的随着我国工业的发展，电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。
MSP430微控制器系列讲座十一利用PWM原理实现的DA转换
例如：输出一个正弦波，采用３２采样频率产生。正弦波的频
率为２５０Ｈｚ，所以每秒须采样２５０×３２＝８０００次，而每次采样需
要２５６次计数，所以计数频率采用８０００×２５６＝２．０４８ＭＨｚ。
斜波信号的产生是从最小占空比的ＰＷＭ波经滤波后输
ｔ
出，然后逐渐增大占空比，直到输出最大电平值后，又重新开始从
审
咪翻卟掣百Ｔ。午：期 万方数据
数器值达到各自ＣＣＲｘ值时，输出复位（低电平）信号，当计数值 达到ＣＣＲ０时，输出置位（高电平）信号。当ＣＣＲｘ值变化时，则 经滤波后输出的信号将相应变化。系统的ＳＭＣＬＫ时钟可作为 定时器ＴｉｍｅＬＢ的计数时钟源。
所需ＭＳＰ４３０微控制器其它资源包括：①３２７６８Ｈｚ晶振； ②片上ＤＣＯ工作晶振为２．０４８ＭＨｚ；（⑨ＳＭＣＬＫ和ＭＣＬＫ晶振 为２．０４８ＭＨｚ。当然，系统应用的复杂程度改变时，所需要资源 也会不一样。
２．工作原理
斛Ｍ信号为频率固定、占空比变化的数字信号，基本波形
如图１所示。如果ＰＷＭ信号的占空比随时间而改变，那么信号 经滤波后将输出幅度变化的模拟信号。因此通过改变ＰＷＭ信 号的占空比，即可产生不同的模拟信号。ＰＷＭ信号实现ＤＡ转 换（简称ＰＷＭ ＤＡＣ）的原理框图如图２所示。ＴＩ公司的一些语 言处理技术也通常采用ＰＷＭ ＤＡＣ方式实现。
最小占空比的ＰＷＭ波输出。
唯
譬
其中，直流信号及ＰＷＭ信号波形图如图５所示。直流电平
的产生比较简单，可通过ＰＷＭ信号占空比设置，该电平值不会
３７
发生变化，且直流电平值直接与ＰＷＭ信号的占空比成比例。因
譬
盎
万方数据
第
期
剿
关闭ＷＤ，初始化Ｉ／ｏ 口，设置系统时钟
基于MSP430单片机的直流电机PWM调速系统的研究
文章编号:167121742(2003)022*******基于MSP430单片机的直流电机PW M 调速系统的研究王鹏飞1, 王保强2(1.西南交通大学,四川成都610031;2.成都信息工程学院,四川成都610041)摘要:阐述了MSP430指令集和编译软件的特点,介绍一种基于MSP430单片机实现的直流电机的调速系统。
该系统采用MSP430的T imer A 模式,产生PW M 输出以生成控制信号,能够理想的实现直流电机的PW M 控制,并给出部分软硬件设计。
关 键 词:脉宽调制;MSP430;直流电机中图分类号:TP368.1 文献标识码:A1 引言 直流电机由于具有速度控制容易,启、制动性能良好,且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。
直流电动机转速的控制方法可分为两类,即励磁控制法与电枢电压控制法。
励磁控制法控制磁通,其控制功率虽然小,但低速时受到磁饱和的限制,高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制;而且由于励磁线圈电感较大,动态响应较差。
所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法。
调节电阻R 即可改变端电压,达到调速目的。
但这种传统的调压调速方法效率低。
随着电力电子技术的进步,发展了许多新的电枢电压控制方法,其中PW M (脉宽调制)是常用的一种调速方法。
其基本原理是用改变电机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控制马达的速度,在脉宽调速系统中,当电机通电时,其速度增加;电机断电时,其速度减低。
只要按照—定的规律改变通、断电的时间,即可使电机的速度达到并保持一稳定值。
最近几年来,随着微电子技术和计算机技术的发展及单片机的广泛应用,使调速装置向集成化、小型化和智能化方向发展。
在单片机控制的脉宽调速系统中,占空比D 的产生可以由定时器或延时软件来产生。
MSP430单片机的定时器可以产生PW M 方波输出,将它用于直流电机的脉宽调速系统是个很好的方案。
基于MSP430直流电机PWM调速
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msp430单片机实现PWM
PWM信号是一种具有固定周期(T)不定占空比(t)的数字信号，如下图所示。
如果PWM信号的占空比随时间变化，那么通过滤波之后的输出信号将是幅度
变化的模拟信号。
因此通过控制PWM信号的占空比，就可以产生不同的模拟
信号。
msp430单片机利用Timer_A或者Timer_B可以很好的实现产生任意PWM
信号。
Timer_A定时器的计数器工作在增计数方式，输出采用模式7(复位/置位模式)，则可以利用CCR0控制PWM波形的周期，用某个寄存器CCRx控制占空比。
原理图如下：（注：这幅图片为网上下载，他用的是Timer_B定时器，故输出TBx）
摘录下面一段：www1.ti/customer/article/article12161.asp
将Timer_B配置为16-bit、up模式。
在这种模式下计数器计数至CCR0，然
后复位从0开始重新计数。
给CCR0赋值255也就意味着计数器的长度为
8bits。
CCR1和TB1用于产生正弦波，CCR2和TB2用于产生直流电平。
输出模式都选为模式7，即PWM复位/置位模式。
如图2所示，在这种模式下，复
位后每一个定时器的输出都为高电平，直到计数器达到各自的CCRx值时变为
低电平，当计数器达到CCR0时再置位。
也就是说CCRx的值决定了各自正脉
冲的宽带。
若CCRx的值是变化的，就可以产生可变宽度的脉冲，下文中的正
弦波就是用这种办法产生的；若不变则产生的是固定宽度的脉冲，下文中的直
流电平就是这样产生的。
最后SMCLK用作Timer_B的时钟源。
系统采用
32768Hz的钟表晶振，通过采用内部硬件锁频环FLL（frequency-locked-loop），。