基于MSP430的直流电机调速系统.doc

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1、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 2011届 电气与电子工程 学院专 业 电气工程及其自动化学 号 20072853 学生姓名 梁 春 娇 指导教师 张 育 军 完成日期 2011年6 月 1日毕业设计成绩单学生姓名梁春娇学号20072853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答辩小组组长得分成绩：院长签字：年 月 日毕业设计任务书题目基于MSP430直

2、流电机调速系统设计 专 业电气工程及自动化班 级电0701-3学生姓名梁春娇承担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、基本要求熟练掌握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MS

3、P430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单片机基础与实践 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.现代电力电子技术基础 赵良炳主编， 清华大学出版社五、进度计划3月1日3月31日 搜集资料，学习相关知识；4月1日4

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20072853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，发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

5、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。 根据当前单片机发展的趋势，国外的微电子技术和计算机技术的发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发展，随着MSP

6、430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

7、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馈，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.预期达到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

8、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

9、，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 microcontr

10、ollers 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 c

11、hanging 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

12、 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

13、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81.1 课题研究的目的意义81.1.1 设计目的81.1.2 设计的意义81.2 国内外研究现状81.3 主要内容及方法手段81.3.1 主要内容81.3.2 方法手段81.3.3 预期达到的结果8第二章

14、器件的选用82.1 单片机MSP43082.1.1 MSP430的特点82.1.2 MSP430型号的选择82.1.3 MSP430F14982.2 电气隔离82.2.1 光耦的选择82.2.2 TLP521简介82.3 驱动模块82.3.1 驱动芯片的选择82.3.2 L298的介绍82.3.3 L298的引脚功能82.4 显示方式82.5 测速模块82.5.1 测速元件的选择82.5.2 霍尔效应及其原理82.5.3 CS3020的特征及应用82.5.4 CS3020的引脚说明82.6 键盘的选择8第三章 硬件电路设计83.1 系统设计原理83.2 单片机的最小系统83.2.1 电源83.

15、2.2 复位电路83.2.3 晶体83.3 PWM波调速83.3.1 直流电机PWM的调速原理83.3.2 Timer-A实现PWM83.3.3 键盘调速83.4 电机驱动电路83.4.1 电气隔离电路83.4.2 驱动电路83.5 LED显示83.6 测速电路8第四章 结论与展望84.1 结论84.2 展望8参考文献8致谢8附录A8附录B8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。由于它具

16、有良好的线性调速特性，简单的控制性能，高效率，优异的动态特性，现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择。因此研究直流电机的速度控制，有着非常重要的意义。根据当前单片机发展的趋势，以TI公司的MSP430系列单片机，全面的用来控制直流电机，旨在实现直流电动机的平滑调速，即可平滑改变电动机电枢电压，实现电动机升速、降速、正转和反转等功能。1.1.2 设计的意义直流电动机是最早实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。随着生产技术的发展，对直流电气传动在起制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面提出了更高的要求，这就要求大量使用直流调速系统。由于它具有良好

17、的线性调速特性，简单的控制性能，高效率，优异的动态特性，现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择。因此研究直流电机的速度控制，有着非常重要的意义。1.2 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，并对调速系统的研究也在不断地发展和完善。直流电机虽然存在结构复杂、价格较高、维修麻烦等缺点，但是由于具有较大的启动转矩和良好的制动性能以及易于在较宽的范围内实现平滑调速，因此直流调速系统至今仍然是自动调速系统的主要形式。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，用单片机来实现直流电机的调速更加方便、简单和灵

18、活。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。所以采用单片机MSP430对直流电机进行调速是我国研究调速系统的重要阶段。根据当前单片机发展趋势，国外的微电子技术和计算机技术的发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发展，而在利尔达公司不遗余力的推广下，MSP430从刚开始的只有寥寥无几的工程师和爱好者使用发展到现在的成千上万的工程师在使用。MSP430是一款超低功耗的单片机同时也是一款高性能的单片机。它内部由于有很多的数字模块和模拟模块，使得在设计系统时可以使用较少的外部器件，既降低了成本又提高了系统

19、的性能。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，为了能够使单片机控制直流电机的调速更加完善国外的更多研究工作者对MSP430单片机的直流电机调速进行了大量的研究，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。1.3 主要内容及方法手段1.3.1 主要内容该系统利用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。1.3.2 方法手段 介绍了一种基于M

20、SP430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馈，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和正反转状态。下图1-1为系统硬件结构简图。MSP430显示电源键盘电气隔离电气隔离驱动M测速元件接口电路图1-1 系统硬件结构简图1.3.3 预期达到的结果该调速系统通过改变PWM的占空比能使直流电机能够

21、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。第二章 器件的选用2.1 单片机MSP430MSP430是美国 德州仪器公司TI生产的一种16位的超低功耗高性能的微处理器，它介绍了超低功耗单片机系统软件设计、超低功耗外围电路设计、人机交互界面设计、嵌入式软件工程基础等基础知识和实践经验，MSP430的16位定时器中断可用于时间计数、时序发生、PWM等。2.1.1 MSP430的特点MSP430 系列单片机的迅速发展和应用范围的不断扩大，主要取决于以下的特点。 1) 功耗低。典型功耗是：2.2V时钟频率1MHZ时，活动模式为0.2MA，关

22、闭模式仅为0.0001 MA，且具有5种节能方式。2) 高效16位 RISC-CPU，27条指令，8MHZ时钟频率时，指令周期时间125ns,绝大多数指令一个时钟周期完成；32KHZ时钟频率时，16位MSP430单片机的执行速度高于典型的8位单片机20MHZ时钟频率时的执行速度。3) 低电压供电、宽工作电压范围：1.8V-3.6V。4) 灵活的时钟系统（两个外部时钟和一个内部时钟）。5) 低时钟频率可实现高速通信。6) 具有串行在线编程能力。7) 强大的中断能力。8) 唤醒时间短，从低功耗模式下唤醒仅需0.006ms。9) ESD保护，抗干扰能力强。2.1.2 MSP430型号的选择MSP43

23、0系列单片机的主要特点是超低功耗，所以在选用MSP430系列单片机设计系统时，除了要考虑外围电路采用低功耗设计以外，还要根据系统要求选择合适的MSP430系列单片机型号，选择原则为够用即可。MSP430有多种型号：MSP430F1xx，MSP430F2xx，MSP430F3xx，MSP430F4xx。其中MSP430F1xx和MSP430F2xx使用方式灵活、控制简单、性价比较高、实际应用广；MSP430F3xx是TI推出的最早产品，片内外设丰富，但未使用FLASH存储技术，价格较高，性价比低；MSP430F4xx既具有段式液晶的驱动能力，片内外设丰富，又使用FLASH存储技术，虽然它的性价比

24、高但是它的价格较贵。基于本系统所设计的外围电路对于MSP430的端口问题:MSP430F2xx只有四个端口，显然这是不够的；MSP430F3xx在本电路只有P1口可以用，这远远不够；MSP430F4xx的端口较多对于MSP430单片机的选择原则是够用即可，并且MSP430F1xx系列单片机具有丰富的功能，既能作为带有比较器的简便低功耗控制器，又能作为完整的片上系统用，其中包括多个高性能数据转换器、接口和乘法器，所以本设计单片机型号的选择MSP430F1xx。MSP430F1xx系列又可具体分为以下几个子系列：MSP430F11x，MSP430F12x，MSP430F13x，MSP430F14x

25、相比之下MSP430F14x的功耗最低，等待方式仅为0.7A,高速晶振为8MHZ，具有12位200kb/s的A/D转换器，自带采样保持，多种转换方式，多达60KB FLASH ROM 和2KB RAM。故选用MSP430F14x。MSP430F14x中的x代表着存储器容量，从09对应的存储器容量越大，故本系统所采用的MSP430型号为MSP430F149。MSP430F149其中F代表FLASH，14代表具有ADC12、硬件乘法器等外围模块，9代表存储器容量为60KB。2.1.3 MSP430F149MSP430F149主要包含以下模块：基础时钟、看门狗、定时器、Timer_A与Timer_B

26、、6个8位并行端口（其中P1、P2具有中断功能）、模拟比较器、12位AD转换器、2通道串行通信接口（通过软件选择UART/SPI模式）、1个硬件乘法器、1个FLASH以及2KB的RAM。在整合方面，MSP430系列单片机方面的CPU外围模块集成在了片内，有如下一些模块：看门狗(WTD),定时器A(Timer-A), 定时器B(Timer-B),模拟比较器，串口0,1、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、端口06、基本定时器，其中定时器A与B均带有多个捕获/比较寄存器，同时可实现多路PWM输出。模拟比较器与定时器配合，可方便的实现ADC；液晶驱动多达160笔段；硬件ADC模块在小于0.

27、01ms的速率下实现10位14位高速、高精度转换，同时提供采样/保持与参考电压；端口1,2能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入。1MSP430F149的特性1) 超低功耗2) 五种节电模式3) 基本时钟模块配置4) 具有捕获/比较寄存器的16位定时器Timer_A与Timer_B5) 具有温度传感器6) 12位200kb/s的A/D转换器，自带采样保持，多种转换方式7) 串行通信接口可用于异步或同步8) 硬件乘法器9) 多达60KB FLASH ROM和2KB RAM2MSP430F149引脚如图2-1为MSP430F149的引脚图。图2-1 MSP430F149的引脚图因为MSP430F14

28、9的引脚较多所以在此只将用到的引脚做以下说明。P1.0/TACLK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；CCI0输入，比较：OUT0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I/O引脚/ Timer-A,比较：OUT0输出。P1.6/TA1 -普通数字I/O引脚

29、/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,时钟信号TAINCLKP2.2/CAOUT/TA0-普通数字I/O引脚/Timer-A：捕获：CCI0B输入/比较器-A输出。P2.3/CA0/TA1 -普通数字I/O引脚/ Timer-A:比较：OUT1输出/比较器-A输出。P2.4/CA1/TA2 -普通数字I/O引脚/Timer-A:比较：OUT2输出/比较器-A输出。P2.5/Rosc普通数字I/O引脚

30、/定义DOC标称频率的外部电阻输入。P2.6/ADC12CLK -普通数字I/O引脚/转换时钟-12位ADC。P3.0/SET0 -普通数字I/O引脚/从发送使能-USART0/SPI方式。P3.1/SIMO0 -普通数字I/O引脚/从输入/主输出- USART0/SPI方式。P3.2/SOMI0 -普通数字I/O引脚/从输出/主输入- USART0/SPI方式。P3.3/UCLK0 -普通数字I/O引脚/外部时钟输入- USART0/UART/SPI方式。P3.4/UTXD0 -普通数字I/O引脚/发送数据输出- USART0/UART方式。P3.5/URXD0 -普通数字I/O引脚/接收数

31、据输出- USART0/UART方式。RST/NMI -复位输入，非屏蔽中断输入端口，或引导装载程序启动（FLASH器件）。XIN -晶体振荡器XT1的输入端口，可以连接标准晶体。XOUT -晶体振荡器XT1的输出端口。XT2IN -晶体振荡器XT2的输入端口，只能连接标准晶体。XT2OUT - XT2的输出端口。Vcc -电源正端。Vss -电源负端。3MSP430F149的存储器MSP430F149的存储器主要有程序存储器、数据存储器和外围模块寄存器。表2-2为存储器组织结构图。程序存储器可存放系统程序、应用程序以及数据表格等，它在断电情况下信息不会丢失。对程序存储器的访问是以字形式访问。

32、数据存储器一般用于堆栈和数据的保存，如存放运算中间结果，用于缓存和数据暂存，同时也是数据运算的场所。外围模块经MAB、MDB、中断服务以及请求线与CPU相连，可以用软件访问和控制，与外围模块相关的控制寄存器和状态寄存器被安排在0000H01FFH范围的RAM中。表2-2 存储器组织结构图存储器存储空间程序存储器跳转控制表数据表等0200H0FFDFH引导存储器（ROM）0200H0FFDFH数据存储器0200H0FFDFH16位外围模块0100H0FFH8位外围模块010H0FFH特殊功能存储器00H0FH4MSP430F149的I/O口在单片机MSP430F149中有6组I/O口：P1P6。

33、每个I/O口都有8个可以独立编程的引脚。单片机MSP430F149每个引脚都有第二功能，并且每个引脚可以独立设置成输入、输出或者第二功能。同时，P1和P2口的每个引脚都可以单独设置成中断，并且都可以单独设置成上升沿或者下降沿触发中断。P1口的所有引脚共用一个中断向量，P2口的所有引脚也共用一个中断向量，但它们的优先级和向量地址不一样。单片机MSP430F149的I/O口主要有以下的特征：1) 每个I/O口可以位独立编程设置。2) 输入、输出可以任意结合使用。3) P1和P2口的中断功能位可以单独设置。4) 有独立的输入/输出寄存器。基于MSP430F149的I/O口有以上的特征，在此主要介绍了

34、MSP430F149有关引脚的应用。图2-3为MSP430F149有关引脚的电路图。图2-3 MSP430F149有关引脚电路图VCC 单片机的电源输入端。RST/NMI -单片机的复位信号输入端，接受复位电路提供的复位信号。 XIN -晶体振荡器XT1的输入端口，连接32KHZ晶体。XOUT -晶体振荡器XT1的输出端口, 连接32KHZ晶体。XT2IN -晶体振荡器XT2的输入端口，连接8KHZ晶体。XT2OUT -XT2的输出端口，连接8KHZ晶体。P1.0作为普通的I/O端口用，主要用于当KEY3按下时P1.0为高电平，驱动L298的IN1端口有效从而驱动电机正转。P1.1作为普通的I

35、/O端口用，主要用于当KEY4按下时P1.1为高电平，驱动L298的IN2端口有效从而驱动电机反转。P1.2作为单片机的第二引脚用，用于Timer-A产生PWM波的输出端口。P1.3作为单片机的第二引脚用，主要用于Timer-A的捕获功能，从而记录脉冲的个数。P1.4、P1.5、P1.6 、P1.7作为普通的I/O端口用，分别作为BCD码的输出口，分别与74LS47的A、B、C和D引脚相接。P2.0、P2.1、P2.2、P2.3作为普通的I/O端口用，其中P2.0、P2.1分别用来控制PWM波占空比的增加和减少，P2.2、P2.3分别控制电机的正反转状态。P3.0、P3.1、P3.2、P3.3

36、、P3.4作为普通的I/O端口用，分别作为LED的选通脚。2.2 电气隔离在单片机系统中为了提高系统的抗干扰性，常用电气隔离的方法。本文采用光耦隔离的方法，把单片机送给光耦的电信号转换为光信号，再把光信号转换为单片机系统的电信号，从而实现单片机与外部电路之间的电气隔离。2.2.1 光耦的选择设计中由于只需要将单片机的PWM信号输出端接光耦形成电气隔离，而且输出只需要与驱动的使能端相接，所以只需要一个输入一个引脚一个输出引脚，故接收PWM波信号的光耦选择TLP521-1。而TLP521-2用于将控制电机转向信号的隔离，需要两个引脚并将两个信号传递给驱动的转速控制引脚，故隔离元件采用TLP521-

37、2。2.2.2 TLP521简介TLP521是可控制的光电耦合器件，光电耦合器广泛用于电脑终端机，可控硅系统设备。它用于电路之间的信号传输，使之前端与负载完全隔离，目的在于增强安全性，减小电路干扰，简化电路设计。光电耦合器亦称光电隔离器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电-光-电”转换。普通光电耦合器只能传输数字（开关）信号，不适合传输模拟信号。近年来问世的线性光电耦合器能够传输连续变化的模拟电压或模拟电流信号，使

38、其应用领域大为拓宽。1.光耦引脚功能如下图2-4 (a)、(b)所示，分别是TLP521-1、TLP521-2的引脚图。集电极发射极电压：55V（最小值）经常转移的比例：50%（最小）隔离电压：2500Vrms(最小)经常转移的比例： 50 （最小）123567841234图2-4（a） TLP521-1引脚图 图2-4 (b) TLP521-2引脚图使用连续负载很重的情况下（如高温/电流/温度/电压和重大变化等），可能会导致本产品的可靠性下降明显甚至损坏。TLP521-1引脚：引脚1Anode 阳极 引脚2 Cathode阴极 引脚3Emitter发射级 引脚4Collector集电极当输入

39、端引脚1加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线后就产生光电流，从输出端引脚4流出，从而实现了“电-光-电”转换。TLP521-2引脚：引脚1、3Anode 阳极 引脚2 、4Cathode阴极 引脚5、7Emitter发射级 引脚6、8Collector集电极当输入端引脚1、3加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线后就产生光电流，从输出端引脚6、8流出，从而实现了“电-光-电”转换。2.光电耦合器的优点光电耦合器的主要优点是单向传输信号，输入端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命强，传输效率高。它广泛应用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电路、远距离信号传输、脉冲放大、固态

40、继电器、仪器仪表、通信设备及微机接口电路。在单片机开关电源中，利用线性光电耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端的电流来改变占空比，达到精密稳压的目的。2.3 驱动模块2.3.1 驱动芯片的选择该系统核心就是对小型直流电机进行PWM调速控制。要实现此功能应用较广泛但是为了简化电路，在设计中使用的集成有桥式电路的电机专用芯片。在应用领域，L298的使用比较广泛，所以本设计选用L298作为电机的驱动芯片。2.3.2 L298的介绍L298为SGS-THOMSON Microelectronics所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，

41、可同时驱动2个二相和1个四相步进电机，内含2个H-Bridge的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的I/O端口来提供模拟时序信号。具有两个使能控制端口，分别控制两个电机的启动和制动。它可以外接电阻，把变化量反馈给控制电路。L298有单极性、双极性两种工作方式。单极性工作方式指的是一个PWM周期内，电机的电枢只承受单极性的电压；双极性的工作方式是指一个PWM周期内电机电枢两端的电压呈正负变化。调速控制系统采用的是单极性方式。 2.3.3 L298的引脚功能图2-5 为L298的引脚图图2

42、-5 L298引脚图如上图2-5所示，引脚1 OUTPUT1和引脚15 CURRENT SENSING可与电流检测用电阻连接来控制负载电路；引脚2 OUTPUT2 、引脚3 SUPPLY VOLTAGE VS和引脚13 OUTPUT3、引脚14 OUTPUT4之间分别接负载；INPUT1 INPUT4输入控制电位来控制电机的正反转；Enable则控制电机停转；Vs为电机驱动电源输入端；GND接地端，芯片本身的散热片与8脚相通；Vss为逻辑控制部分的电源输入端口。2.4 显示方式LED显示器是单片机应用系统中最常用的输出器件，它是由若干个发光二极管组成的。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔

43、画发亮。控制不同组合的二级管导通时就能显示出各种字符。常用的LED显示器由7段和“米”字段之分。在显示转速数值用7段显示管即可。这种显示器有共阳极和共阴极两种，图2-6为LED的共阴极和共阳极接法。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常此共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮。相应的段被显示。本设计采用了共阳极接法。LED数码管显示器有二种工作方式，即动态显示方式和静态显示方式。在动态显示方式中，各位数码管的各个端并联在一起，与单片机系统的一个I/O相连，从该I/O口输出显示代码。每只数码管的共阳极或共阴极则与另一I/O相连，控制点被点亮的位。动态显示的特点

44、是：每一时刻只能有一位数码管被点亮，各位依次轮流放点亮；对于每一位来说，每隔一段时间点亮一次。为了每位数码管能够充分被点亮，二极管应持续发光一段时间。利用发光二极管的特性，通过适当的调整每位数码管被点亮的时间间隔（一般为1ms），可以观察到稳定的显示输出。在静态显示方式下，每位数码管的各个端与一个8位的I/O口相连。要在某一位数码管上显示字符时，只要从对应的I/O口输出并锁存其显示代码即可。其特点为：各数码管同时点亮，数码管中的发光二极管恒定的导通或截止，直到显示字符改变为止。A B C D E F G HAFEDCBG图2-6 LED的共阳极、共阴极接法相比而言，动态显示方式更节省硬件资源和

45、I/O口，一般系统都会选择该种显示方式。故经综合考虑决定选用LED数码管动态显示方式。2.5 测速模块2.5.1 测速元件的选择现在所用的测速元件比较多，光电编码器是一种将测得的角位移转换为脉冲形式信号输出的数字传感器，它在测速的同时也可以测得直流电机的正反转方向，本设计中驱动芯片L298可以控制直流电机的正反转方向，与此重复。使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时就会不断的产生脉冲信号的输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。这种传感器不怕油污、灰尘，在工业现场应用广泛。霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，而CS3020是CS系列霍尔传感器中比较常用的一个，故采用CS3020作为测速元件的选择。2.5.2 霍尔效应及其原理霍尔效应：在一块半导