基于MSP430单片机的直流无刷电机控制系统设计解读
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。
基于单片机的无刷直流电机调速控制系统设计
基于单片机的无刷直流电机调速控制系统设计摘要：无刷直流电机是一款有别于普通电机的新型直流电机，它的组成结构里没有电刷，他采用的是电子换向器。
这款电机作为风力发动机在应用中拥有许多独特的优点，例如：使用周期长、运行效率高、运转低噪声、工作转速高、不产生换向火花、运转可靠及易于保养维护。
目前无刷直流电机广泛应用于洗衣机、新能源电动汽车、航模、船舶、医疗电子及工业自动化关键词：单片机；直流电机；调速系统引言近年来，直流无刷电动机(BLDCM)的无位置传感器控制已成为电机传动领域的一项重要技术。
无传感器控制的关键是取得可靠转子位置信号，就是从硬件和软件两方面间接地取得转子位置信号以取代传统位置传感器。
无刷电动机采用无传感器控制技术，具有体积小、结构简单、可维护性强、可靠性高的优点，在许多领域获得了广泛应用。
当前，无传感器无刷电动机的控制方案多数是基于DSP软件。
然而，因为DSP执行速度慢、计算量大、成本高，该控制算法不适合未来的市场推广。
与此同时，也有某些用于无传感器无刷直流电机控制的专用集成电路，不过这类芯片通用性差、扩展性差、价格高，只适合低功率、低压场合。
一、系统简介直流电动机是将直流电转换为机械能的电动机。
在许多需要电力转移的实际生产领域，电力发动机必须能够调整速度以适应生产过程。
与交流电机相比，直流电机具有良好的起动和制动性能，可以平滑转速控制、高过载能力，不受电机功率的限制，因此广泛应用于许多行业。
随着电子技术的迅速发展，电机调速已被数字调速广泛取代。
数字调速控制精度高，性能稳定，效率高，调速控制主要由单片机执行。
单片机在工业生产中发挥着越来越重要的作用，并已成为一个关键组成部分，其优点包括功能强大、体积小、可靠性高、成本低和开发周期短。
单片机控制的直流电机调速系统通过键盘输入控制直流电机的启动和关闭、转速和同步时间的调整。
电机转速和同步时间的设置由一组数字编码管道显示。
与传统控制系统相比，该系统提供了更大的控制灵活性，提高了生产率，节省了工作人员，从而降低了系统成本。
基于MSP430 单片机的直流电动机
速过程中总会有±１ 个脉冲的测量误差， 所以根据定义测速精度为
δ＝Δｎ（／ ｎ×１００％） ＝（ １／ｍ１） ×１００％
（ ５）
可见， 随着转速的增加， ｍ１ 增大时， 相对误差减小。高速时测量精度
高， 低速时误差大， 这表明 Ｍ 法适用于测量高速时的转速。
（ ３） 检测时间。由式（ ４） Ｔ０＝６０（／ ＰＱ） ， 可见在保持一定分辨率的情况 下， 缩短检测时间的唯一办法是更换 Ｐ 值大的光电码盘。
系统是个很好的方案。
１ ＭＳＰ４３０ 简介
ＴＩ 公司的 ＭＳＰ４３０ 系列单片机是一个超低功耗类型的单片机， 它 能 够实现在 １．８ Ｖ～３．６ Ｖ 电压， １ ＭＨｚ 的 条 件 下 运 行 ， 耗 电 电 流 在 ０．１ μＡ～ ４００ μＡ 之间， 同时能够在实现液晶显示的情况下， 只 耗 电 ０．８ μＡ。 在 运 算速度时， ＭＳＰ４３０ 系列单片机 能 在 ８ ＭＨｚ 晶 体 的 驱 动 下 实 现 １２５ ｎｓ 的 指令周期。１６ 位的数据宽度， １２５ ｎｓ 的指令周期以及多功能的硬件乘法
１５２
宋 强 基于 ＭＳＰ４３０ 单片机的直流电动机调速测速控制系统
本刊 Ｅ－ ｍａｉｌ：ｂｊｂ＠ｍａｉｌ．ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ 科技研讨
块、液晶输出、ＭＳＰ４３０Ｆ４４９ 单片机、ＴＩＭＥ＿Ａ 和 ＴＩＭＥ＿Ｂ 两个定时器， 完
全 可 以 满 足 设 计 要 求 ， 还 可 以 在 ＰＣ 机 端 使 用 ＶＢ 语 言 与 ＭＳＰ４３０Ｆ４４９
成， 对转速数据进行处理， 显示出来并即时绘 制 出 相 应 的 曲 线（ 见 图 ３） ，
并可以通过串口向 ＭＳＰ４３０Ｆ４４９ 发出 ＰＷＭ 调速指令， 进行电动机的转
基于单片机的无刷直流电机的控制系统设计
【基于单片机的无刷直流电机的控制系统设计】1. 引言无刷直流电机（BLDC），作为一种高效、低噪音、长寿命的电动机，被广泛应用于各种领域。
而采用单片机进行控制，实现对BLDC的精准控制，则成为现代工业中的热门技术。
本文将围绕基于单片机的无刷直流电机控制系统设计展开探讨，深入剖析其原理和实现过程。
2. 无刷直流电机的工作原理无刷直流电机是一种采用电子换相技术的电机，其工作原理与传统的直流电机有所不同。
它不需要使用碳刷和电刷环来实现换向，而是通过内置的电子控制器来精确控制转子上的永磁体和定子上的电磁线圈的相互作用，实现转子的旋转运动。
3. 单片机在无刷直流电机控制中的作用单片机在无刷直流电机的控制系统中扮演着核心角色，它通过内置的PWM模块生成PWM波形，用于控制电机驱动器中的功率器件，同时监测电机的运行状态，并根据需要进行调整和反馈控制，实现对电机的精准控制。
4. 基于单片机的无刷直流电机控制系统设计（1）硬件设计在设计基于单片机的无刷直流电机控制系统时，需要考虑到电机的功率和控制要求，选择合适的单片机和电机驱动器，设计电机驱动电路以及检测装置，确保系统能够稳定可靠地工作。
（2）软件设计利用单片机的PWM模块生成PWM波形，采用适当的控制算法（如PID控制算法），编写控制程序，实现对无刷直流电机的精准控制。
考虑到系统的实时性和稳定性，需要进行充分的软件优化和调试。
5. 个人观点和理解在基于单片机的无刷直流电机控制系统设计中，充分理解无刷直流电机的工作原理和单片机的控制特点，合理选择硬件和编写软件，是至关重要的。
只有系统全面、深刻地理解，才能设计出高质量、稳定可靠的控制系统。
6. 总结本文围绕基于单片机的无刷直流电机控制系统设计展开了探讨，从无刷直流电机的工作原理、单片机在控制系统中的作用，到具体的硬件设计和软件设计，全面、深入地阐述了相关内容。
希望通过本文的阐述，读者能够对基于单片机的无刷直流电机控制系统设计有更深入的理解和应用。
基于MSP430单片机的无刷直流电机实验测试平台设计
Mac hine BuildingA utomation ，A ug 2010，39（4）：169 171作者简介：徐洋（1985—），男，安徽蚌埠人，河海大学测试计量技术与仪器专业硕士研究生，研究方向为运动控制。
基于MSP430单片机的无刷直流电机实验测试平台设计徐洋，王宏华，周强，李俊星（河海大学能源与电气学院，江苏南京210098）摘要：进行了一种适合于无刷直流电机实验测试平台的设计。
该平台以TI 公司的MSP430单片机为控制核心，通过串行通信与PC 机相连，采集电机参数并进行实时控制。
设计了PC 机与单片机通信接口软硬件，研究了通信过程中多类型数据的传输格式问题。
实验结果表明，本平台稳定性强，界面简洁，满足电机系统实验测试的需要。
关键词：无刷直流电机；VC ++；MSP430单片机；串行通信中图分类号：TH12；TM33文献标志码：B 文章编号：1671-5276（2010）04-0169-03Design of BLDCM Experimental System Based on MSP430Microchip ProcesserXU Yang ，WANG Hong-hua ，ZHOU Qiang ，LI Jun-xing（Hohai University ，Nanjing 210098，China ）Abstract ：An experimental system suitable for brushless DC motors （BLDCM ）is designed．In the system ，Microchip ProcesserMSP 430is used as the control kernel ，a real-time control is carried out on the motor and running parameters of BLDCM are collected through serial communication with PC．The hardware and software communication injection between PC and Microchip Processer are designed ，and the format problem in communication process is researched into．Experiment results show that the system is sta-ble and the interface is simple ，meeting the experimental and test requirements of BLDCM system．Key words ：brushless DC motor ；VC ++；MSP 430microchip processer ；serial communication0引言无刷直流电机（BLDCM ），是电机技术、电力电子技术、微电子技术、自动控制技术和材料科学相结合的产物［1］，其体积小、质量轻、出力大、系统结构简单、工作可靠、调速性能好，具有广泛的应用前景［2］。
基于MSP430单片机的步进电机控制系统设计
基于MSP430单片机的步进电机控制系统设计步进电机是一种电动机，能够将电脉冲信号转换为机械转动。
它具有结构简单、运行平稳、响应速度快、定位精度高等特点，广泛应用于各种机械设备中。
本文主要介绍基于MSP430单片机的步进电机控制系统的设计。
1.系统硬件设计步进电机控制系统的硬件设计需要包括MSP430单片机、步进电机、电源以及其他辅助电路。
1.1MSP430单片机MSP430系列是由德州仪器公司推出的一款低功耗、高性能的16位单片机。
它具有低功耗、高计算性能、丰富的接口资源等特点，非常适合用于步进电机控制系统。
1.2步进电机步进电机是由转子、定子、绕组和传感器组成，可以完成定距离的转动。
根据具体需求，可以选择不同类型的步进电机，如单相、双相、两相、三相等。
1.3电源步进电机控制系统需要提供稳定的电源供电。
可以采用直流电源或者交流电源，具体电压和电流根据步进电机的额定参数确定。
1.4辅助电路辅助电路包括电机驱动电路、电流控制电路、保护电路等。
电机驱动电路可以选择使用驱动芯片，如L293D芯片，来驱动步进电机。
电流控制电路用于控制步进电机的电流大小，保护电路用于保护步进电机不受过电流、过压等问题的影响。
2.系统软件设计步进电机控制系统的软件设计需要编写相应的程序代码，并通过MSP430单片机来控制步进电机的运动。
2.1硬件初始化在软件设计开始之前，需要对MSP430单片机的相关硬件进行初始化设置。
包括设置时钟源、引脚功能、定时器等。
根据具体的单片机型号，可以参考官方提供的资源来进行初始化设置。
2.2电机控制算法步进电机的控制主要通过控制电流脉冲来实现。
根据步进电机的型号和控制要求，可以选择不同的控制算法，如单相步进、双相步进或者微步控制等。
通过控制电流脉冲的频率、信号大小来控制步进电机的转动方向以及速度。
2.3交互界面设计可以通过开发板上的按键、液晶显示屏、串口等方式，设计一个交互界面，用于用户输入控制命令、设置参数以及显示系统状态等。
基于MSP430的无刷直流电机调速系统设计
且 Ｉ２ ３ 的 保 护 功 能 设 计 也 很 完 善 。 在 本 设 计 中 。 Ｒ １０
ＭＳ ４ ０ １９产 生 的 ６路 Ｐ Ｐ ３ Ｆ４ ＷＭ 脉 冲 信 号 作 为 Ｉ ２ ３ Ｒ １０的 ６路 输 入 ， 中 ３ 驱 动 上桥 臂 ， 外 ３路 驱 动 下 桥 臂 。 其 路 另
被 越 来 越 广 泛 地 应 用 于 汽 车 、 用 电 器 、 费 电 子 、 疗 器 家 消 医
械、 工业 自动 化 设 备 、 空航 天 等领 域 。 目前 适 用 于 无 刷 直 流 航
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。
基于单片机的永磁无刷直流电机控制系统设计
图 １ 电动机的组成 图
数 码 世界 １ ｌ ６ ．． ．
入 的直流 电转变为供 电机工作 的交流 电，以此来实现 电机控 制。
技术交流
在 对 控 制 系 统 设 计 过 程 中 ，要 遵 循 控 制 系 统 设 计 原 则 ， 即
即待 比较 电压 ，它 加 到反 相 输入 端 ，在 同相 输入 端 接一 个 电 阻和 滑动 变 阻器 以及 一个 ５ Ｖ的 电源 ，调节 滑动 变 阻器 Ｗ Ｒ ５的 值 即可 调节保 护 电路 的值 ，当输入 电压 Ａ Ｉ — Ｉ Ｎ ＞ Ｕ ＋时，运放 输
一
Ｉ撰护由鐾 ｛ ｝ｌ
Ｉ
永磁无 刷直 流 电机 的 电机 本体主 要组成 部分有 定子绕 组 、
外壳 、转子永 磁体 、驱动轴 、霍 尔传 感器等 。由于定 子上 的 电 枢与永 磁无 刷直流 电机相反 ，因而其 具有 固定的 电枢 和旋转磁 场 ，无刷 直流 电机 的电枢绕 组置于定 子上，本 文主要 讨论三 相 的形 式。 电枢 绕组采用 集 中绕 组的形 式，三相绕 组其在 空 间上 通过 的与此 同时，与之 相对应 的三相 电流随之在 相对 应的 空间 也会 形成旋 转磁场，它 的同步转速 ｎ ０与定子 电流频率 ｆ 关 系为：
磁 体）、位置传 感器 和 电子 换 向线路 三大部 分组成 。图 １ 为 电
机基本组成 图，电机 的运行就是依赖 图中所示 的电路部分 。
３ ． ２主 电路 的设计
在对 无刷 直流 电机 控制 系统 设计时 ，应首先 设计 主 电路 ， 主 电路在系 统运行 过程 中起到 能量交换 、驱动 电动机 工作 的作 用 ，是 强 电电路。主 电路部 分主要 是逆变 电路 ，其功 能是将 接
基于MSP430的无刷直流电机双闭环控制系统的设计
要 ：分析 了无刷 直 流 电机 的 工作 原 理 并提 出 了无刷 直 流 电机 的 速 度 、电 流双 闭环 控 制 系统 的 设 计 方 案 ．分析 了电机
带 负载运 行特性，之后 介绍 了无刷直流 电机双 闭环控 制原理及其仿真 分析 ． 着分析 了以光 电对 管及编码盘构 成的速 接 度 反馈，以功率 电阻采样 电枢 电流构成 电流反馈 ，采用单极性 Ｐ ＷＭ 定频调宽控制调速 法的电机控 制策略，然后介 绍
高 的转换速率， 最高可达 ２ ０ ｐ， ０Ｋ ｓ 能够满足大多数数据采集应用 ；而且该单片机提供在线调试， 调试程序方便 ；
基 于 该单 片机 以上 的优 点，该系 统决 定采 用 ｍｓ４ ０ｌ９作 为主控 器 ． ｐ ３ｆ４
２ 无刷直 流 电机 的特性
２１ 机 械 特性 ．
收稿 日期 ：２ Ｉ－７２ ０ ２０ ．８ 作者 简介：汪华章（９ ６） １７ ． ，男，博士 副教授． 基金资助 ：本论文受 中央高校 专项博士 基金 资助（ ． Ｎ ＹＢ ０ ） ＮｏＩ Ｚ Ｓ ２；大学 生创新创 业基金资助 ２
８４ ０
无刷 直 流 电动 机 的机 械特 性 为 ：
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西南民族大学学报 ・ 自然科 学版
第 ３ 卷 ８
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ｕ一 Ｔ 开关器件 的管压降 ｕ 一控制电压 Ｒ一 回路电阻 ｓ 调节 电阻 Ｉ－ 电枢 电流 一 电机 的电动势常 数 ｃ － 矩常数 － 级磁通 量 Ｔｒ 电磁 转矩 ｔ转 每 ｅ－ ｎ ２２ 工 作特 性 ． 如图 ｌ 所示 ．
基于单片机的无刷直流电动机的控制系统设计
文章标题：基于单片机的无刷直流电动机的控制系统设计一、引言在现代工业生产和民用设备中，无刷直流电动机（BLDC）的应用越来越广泛。
它具有高效率、高功率密度、响应速度快等特点，在电动汽车、家电、医疗器械等领域都有着重要地位。
而基于单片机的无刷直流电动机控制系统设计，正是为了更精准地控制电动机的运行，以满足不同领域的需求。
二、无刷直流电动机的原理和特点1. 无刷直流电动机的工作原理及结构无刷直流电动机是一种能够将直流电能转换为机械能的电动机，它的结构简单、维护成本低、寿命长。
其工作原理是利用永磁铁和定子电磁绕组之间的磁场相互作用，通过改变转子上的磁场来实现电动机的转动。
2. 无刷直流电动机的特点高效率：相比传统的直流电动机，无刷直流电动机具有更高的能量转换效率。
响应速度快：由于无需使用机械换向装置，无刷直流电动机转速响应速度快。
寿命长：由于无刷直流电动机少了机械换向装置，因此减少了摩擦，提高了机械寿命。
三、基于单片机的无刷直流电动机控制系统设计1. 电机驱动器在基于单片机的无刷直流电动机控制系统中，选择合适的电机驱动器至关重要。
常见的电机驱动器包括晶闸管驱动器、电子换向驱动器等。
通过合理选择电机驱动器，可以实现对电动机的高效控制，提高电动机的性能和稳定性。
2. 控制算法控制算法是影响电动机性能的关键因素之一。
在基于单片机的控制系统设计中，PID控制算法是常用的一种。
通过对电机转速、转矩进行实时调节，可以使电机在不同工况下获得良好的控制效果。
3. 硬件设计在基于单片机的无刷直流电动机控制系统设计中，硬件设计包括单片机选型、外围电路设计等。
根据具体的应用场景和要求，选择合适的单片机，并设计与之匹配的外围电路，保证整个系统的稳定性和可靠性。
四、个人观点和理解在基于单片机的无刷直流电动机控制系统设计中，我认为需要充分考虑电机的工作环境和要求，选择合适的控制算法和电机驱动器，并进行合理的硬件设计。
对系统进行充分的测试和验证，以确保控制系统设计的可靠性和稳定性。
基于MSP430的直流电机PWM调速双闭环控制系统的设计解读
目录1 引言 (1)1.1 直流电机调速技术的发展 (1)1.2 PWM调速技术 (1)1.3 双闭环控制系统简介 (2)1.4 论文研究的内容及章节安排 (2)2 MSP430系列单片机概述与直流电动机调速方式简介 (3)2.1 MSP430系列单片机简介 (3)2.2 MSP430的原理及性能特点 (3)2.3 直流电机的主要结构 (4)2.4 直流电动机的调速方式 (5)3 直流电机双闭环调速控制系统设计 (7)3.1 系统组成原理图 (7)3.2 外围电路介绍 (8)3.3 转速、电流双闭环直流调速系统 (11)3.3.1 电流、转速双闭环控制器设计 (12)3.3.2 调速系统控制单元的确定和调整 (13)4 系统软件设计 (15)4.1 数字PI调节器的设计 (15)4.1.1 数字PI调节器的控制算法 (15)4.1.2 数字PI调节器的控制程序 (16)4.2 A/D转换控制程序的设计 (18)4.2.1 ADC12转换器的性能及特点 (18)4.2.2 ADC12转换器的控制程序 (19)5 总结 (23)谢辞 (25)参考文献 (25)基于MSP430的直流电机PWM调速双闭环控制系统设计摘要直流电机传统的调速方法调节精度低、能源利用率低、调速不稳定、可控性较差；而脉宽调制（PWM）直流调速技术，具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和损耗低等特点，不仅实现了对电机速度的实时调节，而且还体现了节约能源，经济实用的特点。
本文介绍了美国德州仪器（TI）公司的超低功耗16位单片机MSP430F2619。
基于MSP430F2619设计一直流电机双闭环PWM调速系统，由测速发电机检测直流电机转速构成速度反馈，利用整流桥构成电流反馈。
MSP430F2619完成转速、电流双闭环PI控制器的数字控制，且单片机的定时器生成PWM波，经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。
从而实现了控制系统简单、调速性能可靠。
MSP430单片机_步进电机与直流电机控制设计
MSP430单片机_步进电机与直流电机控制设计步进电机和直流电机是常用于控制系统中的电机类型，它们在工业自动化、机器人、医疗设备等领域有着广泛的应用。
本文将重点介绍MSP430单片机控制步进电机和直流电机的设计。
步进电机是一种将电脉冲信号转化为角位移或线性位移的电机，它具有定步进角、驱动简单、精度高等特点。
下面是步进电机控制设计的主要步骤：1.确定电机的参数：步进电机的参数包括相数、相电阻、相感应、步距角等，这些参数决定了控制步进电机的电流大小和步进角度。
2.选择正确的驱动电路：常见的步进电机驱动电路有双极性驱动和四相八线驱动。
双极性驱动适用于电流较大的步进电机，而四相八线驱动适用于电流较小的步进电机。
3.设计控制电路：步进电机的控制电路通常是由一个逻辑电平产生器和一个驱动电路组成。
逻辑电平产生器用于产生脉冲信号，而驱动电路则根据脉冲信号控制步进电机的运行方向和速度。
4.编写控制程序：使用MSP430单片机编写控制程序，通过控制IO口输出脉冲信号，将步进电机驱动起来。
控制程序需要根据步进电机的参数来确定脉冲频率和方向，以实现步进电机的转动。
5.调试和优化：通过调试和优化控制程序，调整脉冲频率和方向，使步进电机能够按照预定的角度或线性位移进行运动。
直流电机是一种常见的电动机，在各种控制系统中被广泛应用。
下面是直流电机控制设计的主要步骤：1.确定电机的参数：直流电机的参数包括额定电压、电流和功率等，这些参数决定了控制直流电机的电流大小和速度。
2.选择正确的驱动电路：常见的直流电机驱动电路有H桥驱动和单向驱动。
H桥驱动适用于正反转控制，而单向驱动只能实现单一方向的运动。
3.设计控制电路：直流电机的控制电路通常由一个PWM信号发生器和一个驱动电路组成。
PWM信号发生器产生调制信号，控制电机的转速和转向，驱动电路则根据PWM信号给电机供电。
4.编写控制程序：使用MSP430单片机编写控制程序，通过控制IO口产生PWM信号，将直流电机驱动起来。
基于MSP430单片机的直流无刷电机控制系统设计
毕业设计说明书基于MSP430单片机的无刷直流电机控制系统设计2013年6月基于MSP430单片机的无刷直流电机控制系统设计摘要无刷直流电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的。
现阶段，虽然各种交流电动机和直流电动机在传动应用中占主导地位，但无刷直流电动机正受到普遍的关注。
自20世纪90年代以来，随着人们生活水平的提高和现代化生产、办公自动化的发展，家用电器、工业机器人等设备都越来越趋向于高效率化、小型化及高智能化，作为执行元件的重要组成部分，电机必须具有精度高、速度快、效率高等特点，无刷直流电机的应用和需求也因此而迅速增长。
本设计是把无刷直流电动机作为设计对象，以MSP430单片机为控制MCU，单片机采集比较电平及电机霍尔反馈信号，通过软件编程控制无刷直流电动机。
将整个系统分成几个部分，讨论了各个部分的电路原理、控制策略、具体实现。
根据永磁无刷直流电动机的特性实施脉宽PWM控制，并通过转速传感器测量转速通过LCD1602动态显示转速。
关键词:无刷直流电动机,单片机,霍尔位置传感器MSP430 Microcontroller-based brushless DCmotor Control System DesignAbstractBrushless DC motor in a brush DC motor developed on the basis of. At this stage, although exchanges of all kinds of DC motors and motor drive in the application of the dominant, but brushless DC motor is under common concern.Since the 1990s, as people's living standards improve and modernize production, the development of office automation, household appliances, industrial robots and other equipment are increasingly tend to be high efficiency, small size and high intelligence, as the implementation of components An important component of the motor must have a high accuracy, speed, high efficiency, brushless DC motor and therefore the application is also growing rapidly.This design is the brushless DC motor as the electric bicycle motor-driven control system, MSP430 microcontroller for control MCU, SCM collection and comparison-level electrical signal Hall feedback, software programming through brushless DC motor controller .This paper analyzes the requirements from the system, the whole system will be divided into several parts, analysis and discussion of the various parts of the circuit of the control strategy, implementation method. According to the permanent magnet brushless DC motor control of the PWM pulse width, speed sensor and display speed through LCD1602.Key words:BLDCM,the single chip processor,hall position sensor目录1 引言 (1)1.1电机的分类 (1)1.2无刷直流电机及其控制技术的发展 (1)1.3本文研究的意义及主要内容 (3)2 设计主要部件介绍 (4)2.1无刷直流电机介绍 (4)2.1.1 无刷直流电机组成 (4)2.1.2 无刷直流电机工作原理 (4)2.1.3无刷直流电机主要工作方式 (5)2.2 MSP430单片机介绍 (7)2.2.1 MSP430单片机特点 (7)2.2.2单片机选型 (8)2.2.3 MSP430F149介绍 (9)2.3 LM621介绍 (10)2.4 涡轮流量计介绍 (11)2.5脉宽调制技术介绍 (11)3 直流无刷电机的模糊PI控制 (13)3.1模糊控制器在直流无刷调速系统中的应用 (13)3.2直流无刷电动机数学模型 (13)3.3模糊PI控制器 (15)4 控制系统设计 (18)4.1系统总体功能介绍 (18)4.2 MSP430F149单片机最小系统 (19)4.3显示模块介绍 (20)4.3.1显示模块硬件设计 (20)4.3.2显示模块软件设计 (21)4.4驱动模块介绍 (23)4.4.1 驱动模块硬件设计 (23)4.4.2 PWM控制软件设计 (23)4.5按键模块介绍 (24)4.5.1按键模块硬件设计 (24)4.5.2按键模块软件设计 (25)4.6 限流电路设计 (26)4.7速度反馈电路设计 (27)结论 (28)附录A (29)附录B (39)参考文献 (40)致谢 (41)1引言随着计算机进入控制领域，以及新型的电力电子功率器件的不断出现，采用全控型的开关功率元件进行脉冲调制（Paulse width modulation,简称PWM）控制的无刷直流电机已成为主流。
基于MSP430的直流电机控制器设计
产生外部 中断时 ，ｔ ｉ ｍｅ ｓ ； ｆ Ｊ Ｉ １ １ ；１ ｓ 定 时器 中断到时 ，
停 止计 数 。
＃ ｐ ｒ ａ ｇ ｍａ ｖｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ＝ ＰＯＲ Ｔ２ ＶＥＣＴ ＯＲ
＿
ｌ
ｌ
１
０
０
１
正转
履转
１ ｌ
０
ｌ ０
Ｘ
号 的频 率 。
４ ． ４ Ｐ Ｉ Ｄ算法 。Ｐ Ｉ Ｄ（ ｋ Ｌ 例 、积分 、微分） 控制技术在
自动控制系统 中正得 到越来越广泛 的应用。Ｐ Ｉ Ｄ 调节器
是一种线性调节器 ，它将给定值ｒ （ ｔ ） 与实际输 出值 ｃ （ ｔ ） 的 偏差 的比例（ Ｐ ） 、积分（ Ｉ ） 、微分（ Ｄ ） 通过线性组合构成控
模块 、Ｕ Ａ Ｒ Ｔ 与Ｓ Ｐ Ｉ 通信模块 。
Ｐ ＷＭ波形 ，通过光电隔离器件连接到Ｅ Ｎ Ａ。Ｐ １ ． ０ 与Ｐ １ ． １
信息 系统 工程 ｌ ２ ０ １ ３ ． １ ０ ． ２ ０ ８ １
＜
Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ 技 术 应 用
通过光 电隔离器件分别连接Ｉ Ｎ１ 、１ Ｎ２ 。 真值表如表 １ 所示。 ３ ． ３ 转速检测部分 。对 于转速的检测方法 ，常见的
部 中断模式。
ｔ ｉ ｍｅ ｒ Ａ工作在增计数模式 ，输 出模式７ ，利用Ｃ Ｃ Ｒ Ｏ 确
定Ｐ ＷＭ波形 的周期 ，Ｃ Ｃ Ｒ１ 确定Ｐ ＷＭ波形 的占空 比。 代码如下 ：
Ｔ Ａ Ｃ Ｔ Ｌ＝Ｔ Ａ Ｓ Ｓ Ｅ Ｌ ２＋Ｔ ＡＣ Ｌ Ｒ ＋ＭＣ １ ； ／ ／ 设置
制量 对控制 对象进 行控制［ ４ １ 。模拟 电路 的Ｐ Ｉ Ｄ控制器
基于MSP430的直流电机PWM调速双闭环控制系统的设计解读
目录1 引言 (1)1.1 直流电机调速技术的发展 (1)1.2 PWM调速技术 (1)1.3 双闭环控制系统简介 (2)1.4 论文研究的内容及章节安排 (2)2 MSP430系列单片机概述与直流电动机调速方式简介 (3)2.1 MSP430系列单片机简介 (3)2.2 MSP430的原理及性能特点 (3)2.3 直流电机的主要结构 (4)2.4 直流电动机的调速方式 (5)3 直流电机双闭环调速控制系统设计 (7)3.1 系统组成原理图 (7)3.2 外围电路介绍 (8)3.3 转速、电流双闭环直流调速系统 (11)3.3.1 电流、转速双闭环控制器设计 (12)3.3.2 调速系统控制单元的确定和调整 (13)4 系统软件设计 (15)4.1 数字PI调节器的设计 (15)4.1.1 数字PI调节器的控制算法 (15)4.1.2 数字PI调节器的控制程序 (16)4.2 A/D转换控制程序的设计 (18)4.2.1 ADC12转换器的性能及特点 (18)4.2.2 ADC12转换器的控制程序 (19)5 总结 (23)谢辞 (25)参考文献 (25)基于MSP430的直流电机PWM调速双闭环控制系统设计摘要直流电机传统的调速方法调节精度低、能源利用率低、调速不稳定、可控性较差；而脉宽调制（PWM）直流调速技术，具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和损耗低等特点，不仅实现了对电机速度的实时调节，而且还体现了节约能源，经济实用的特点。
本文介绍了美国德州仪器（TI）公司的超低功耗16位单片机MSP430F2619。
基于MSP430F2619设计一直流电机双闭环PWM调速系统，由测速发电机检测直流电机转速构成速度反馈，利用整流桥构成电流反馈。
MSP430F2619完成转速、电流双闭环PI控制器的数字控制，且单片机的定时器生成PWM波，经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。
从而实现了控制系统简单、调速性能可靠。
基于MSP430的无刷直流电机双闭环控制系统的设计
基于MSP430的无刷直流电机双闭环控制系统的设计汪华章;鲜中科;兰丽;车悦;张晓楠;匡何刚【摘要】分析了无刷直流电机的工作原理并提出了无刷直流电机的速度、电流双闭环控制系统的设计方案.分析了电机带负载运行特性,之后介绍了无刷直流电机双闭环控制原理及其仿真分析.接着分析了以光电对管及编码盘构成的速度反馈,以功率电阻采样电枢电流构成电流反馈,采用单极性PWM定频调宽控制调速法的电机控制策略,然后介绍了以msp430单片机为主控制器,以IR2130芯片作为三相H逆变驱动桥的前级驱动的控制方案.经测试,该系统运行稳定,调速方便可靠,容易实现,方便扩展.【期刊名称】《西南民族大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(038)005【总页数】11页(P803-813)【关键词】无刷直流电动机;msp430;双闭环;负载分析【作者】汪华章;鲜中科;兰丽;车悦;张晓楠;匡何刚【作者单位】西南民族大学电气信息工程学院,四川成都610225;西南民族大学电气信息工程学院,四川成都610225;西南民族大学电气信息工程学院,四川成都610225;西南民族大学电气信息工程学院,四川成都610225;西南民族大学电气信息工程学院,四川成都610225;西南民族大学电气信息工程学院,四川成都610225【正文语种】中文【中图分类】TM33随着电动机技术的不断发展, 其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活之中. 如电动工具行业、仪表仪器、化工、医疗行业、轻纺以及家用电器等领域得到广泛的应用和普及[1]. 永磁无刷直流电机驱动控制器由最初的模拟式驱动控制器到近来的数字式驱动控制器,随着新型集成模拟直流电机控制芯片的出现,给无刷直流电动机调速装置的设计带来了便利, 但专用芯片虽然有诸多优点, 但成本往往比较高, 且驱动功率较低. 在控制要求不高的场合, 可以选择成本较低的控制器, 而利用 H 桥进行控制设计可提高驱动功率. 本设计是成本较低的msp430f149 为主控器, 采用N-Channel功率MOSFET搭建 H 桥电路作为驱动电路.主控制器是系统的核心, 对整个系统的性能起着决定性的作用. 从低功耗和稳定性方面考虑, 我们采用了TI 公司的 MSP430F149 单片机作为主控制器. 该单片机是16位单片机, 可在 1.8-3.6V 的电压下工作, 耗电电流视工作模式不同为 0.1-400uA, 这实现了系统的低功耗. 该单片机还具有60KB的 Flash存储器、2KB的RAM 和大量的 I/O端口等, 完全满足系统的各项程序要求. 此外该系列单片机还集成了较丰富的片内外设, 他们分别是看门狗(WDT),模拟比较器 A,定时器 A, 定时器B, 串口 0/1,硬件乘法器, 10 位 ADC, 端口(P0～P6),基本定时器等一些外围模块的不同组合. 其中看门狗使程序失控时迅速复位；16 位定时器(TimerA和 TimerB)具有捕获/比较功能, 大量的捕获/比较寄存器, 可用于事件计数, 时序同步, PWM 等；10 位 A/D转换器具有较高的转换速率, 最高可达 200Kps,能够满足大多数数据采集应用；而且该单片机提供在线调试, 调试程序方便；基于该单片机以上的优点,该系统决定采用 msp430f149作为主控器.2.1 机械特性无刷直流电动机的机械特性为：UT-开关器件的管压降 US–控制电压Ra- 回路电阻Rj- 调节电阻Ia- 电枢电流 Ce-电机的电动势常数 Ct -转矩常数Φ-每级磁通量Tem–电磁转矩2.2 工作特性如图1所示.(1)速率特性 n=f(P2)随负载P2增加, 转速n略有下降. 这是因为在实验过程中, U和IF保持不变, 而式：可知, P2增加即Ia增加时, 随电枢回路电阻压降IaRa的增加, 转速n在CEΦ恒定时是必然要下降的, 但Ia增加的同时亦使电枢反应的去磁作用会有所增强, 这样, Φ也有下降趋势. 因此两者抵消, 转速究竟是升还是降,要看各自变化的速率.(2)转矩特性 Tem=f(P2)由转矩平衡方程式中T0是空载转矩, T2是负载转矩. T2是一条略微上翘的经过原点的直线(其原因是随P2增加, Ω略有下降),故Tem曲线可由T2曲线平移得到, 其与纵轴的交点对应于空载转矩T0.(3)效率特性η=f(P2)效率特性曲线可由实测的P1和P2计算而得, 一般都在接近额定功率前取最大值,此时电机中的可变损耗在理论上与不变损耗相等.3.1 转速、电流反馈控制的直流调速系统的组成转速、电流反馈控制的直流调速系统是静、动态性能优良、应用最广的直流调速系统. 在启动过渡过程中, 希望始终保持电流(电磁转矩)为允许的最大值, 使调速系统以最大的加速度运行. 当达到稳定转速时, 电流立即降下来, 使电磁转矩与服装转矩相平衡, 从而迅速转入稳态运行.在启动过程只有电流负反馈, 没有转速负反馈, 在达到稳态转速后有只有转速负反馈, 不让电流负反馈发挥作用. 为了是转速和电流两种负反馈分别起作用, 就在系统中设置两个调节器, 分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流, 二者之间实行嵌套连接, 如图5所示. 把转速调节器的输出当作电流调节器的输入,再用电流调节器的输出控制桥电路.转速和电流调节器的作用如下：(1)转速调节器①是调速系统的主导调节器, 它使转速n很快地跟随给定电压Un*变化, 稳态时采用PI调节器可实现无静差.②对负载变化起抗扰作用.③其输出限幅值决定电动机允许的最大电流.(2)电流调节器①作为内环的调节器, 在转速外环的调节过程中, 它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压Ui*(即外环调节器的输出量)变化.②对电压波动期及时抗扰作用.③在转速动态过程中, 保证获得电动机允许的最大电流, 从而加快动态过程.④当电动机过载甚至堵转时, 限制电枢电流的最大值, 起快速的自动保护作用. 一旦故障消失, 系统立即自动恢复正常.3.2 转速、电流反馈控制的直流调速系统的动态分析3.2.1 启动过程分析在恒定负载条件下转速变化的过程与电机电磁转矩(电流)相关, 对电机的启动过程n=f(t)的分析离不开对Id(t)的研究.从电流与转速变化过程所反映出的特点可以把启动过程分为电流上升、恒流升速和转速调节三个阶段. 此启动过程的特点是准时间最优控制, 另外采用PI调节器时转速必然有超调, 超调量不大, 一般是允许的.3.2.2 动态抗扰性能分析(1)抗负载扰动负载扰动作用在电流环之后, 因此只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动的作用. 本设计的电流闭环和转速闭环均采用PI调节器, 在测试PI参数是需要有一定的要求.(2)抗电压扰动电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节, 不必等到它影响到转速以后才反馈回来, 与单闭环相比抗扰性能得到明显改善.3.3 转速、电流反馈控制的直流调速系统的仿真及分析此设计中所用电机型号性能参数可参考如下表1中A08-30L2.3.3.1 电流环的系统仿真仿真模型如图所示.观察仿真曲线, 在直流电动机恒流升速阶段, 电流值低于8A, 其原因是电流调节系统受到电动机反电动势的扰动, 所以系统做不到无静差, 而是Id略低于Idl.3.3.2 转速环的系统仿真仿真模型如图所示.step1模块式用来输入负载电流的, 电流调节与电流环仿真部分相同.3.3.3 仿真结果分析1)利用转速调节器的饱和特性, 使系统保持恒定最大允许电流, 在尽可能短的时间内建立转速, 在退饱和实现速度的调节和实现系统的无静差特性.2)由于构成了无静差系统, 在负载变化和电压波动等扰动情况下, 保持系统的恒定输出.3)转速电流双闭环系统可以很好的克服负载变化和电压波动等扰动影响, 特别是电压波动点在电流环内,多数情况可以再电流环内就克服, 而不会造成电机转速的波动.4.1 桥电路的驱动方案IR2130, 是 IRF 公司为桥式驱动而设计的一款专用驱动芯片, 是一中高速、高压功率 MOSFET 和 IGBT驱动器, 具有六路输入和六路输出, 工作电压是 10-20V, 可驱动 0-600V负载, 最大输出电流为 420mA；驱动延时为 ns 级, 开关频率在 20KHz 以上；信号输入端电压为 0-5V 且低电平有效, 具有自举功能. 内部设置有死区保护和过流保护. 而且稳定性很好.IR2130 的典型应用电路如图所示[2-3]4.2 单极性控制PWM波信号电路设计无刷直流电动机为三相星形型, 需要采用六个 MOS 管组成 H 桥进行驱动, 按照通常方法用 PWM 波调宽控速, 单极性需要三路 PWM, 双极性需要六路 PWM. 而本电机控制系统为了控速调节方便采用单极性PWM 控制.4.3 H 桥逆变电路设计无刷直流电动机控制系统的功率主电路如图12所示, 该系统电机工作电压为 24V, 额定电流为 2.5A, 额定功率为 40W. 为了提高系统稳定性, 设计需要给系统留足够的功率裕量, 因此本系统选用 MOSFET 功率管RFP40N10, 该器件内部集成续流二极管, 最高工作电压为 100V, 最大工作电流为 40A, 最大功耗为 160W；D5起限压作用, D5 为双向瞬态恢复二极管 P6KE24CA；如下图所示的 H 桥逆变电路图.4.4 速度检测电路利用光电传感器结合测速码盘进行测速, 其原理如下：利用光电传感器和测速码盘结合产生周期脉冲, 然后让此脉冲去触发单片机外部中断计数, 并利用单片机定时中断存储计数值得到电机的实际速度.4.5 控制系统整体框图4.6 驱动芯片IR2130输出波形图单片机输出的控制信号进行与非门转换后输送给IR2130芯片, IR2130将信号处理后输出驱动MOS功率管,其中下桥臂是两路高电平信号和一路低电平信号, 上桥臂是两路低电平信号和一路PWM波信号[5].5.1 程序功能描述本控制程序采用PID算法调节[4]实现电机转动方向控制、加减速控制、设速稳定运行控制、带负载运行、液晶显示参数等功能5.2 程序流程图5.3 运行测试5.3.1 空载调速测试通过上表数据看出, 该系统调速范围能从300～3200r/min,而且速度经过 PI 调节后, 转速线重合度高说明误差在很小范围以内, 由此表明该系统调速范围较宽、精度较高.5.3.2 负载调速测试当电机带上负载后电机的转速仍然保持较高的稳定性, 带负载运行过程中系统受到负载扰动影响和电压波动影响. 调速范围与空载相比有缩小.5.3.3 转速与电压关系测试转速的直接控制效果就在于单片机输出的PWM占空比, 理想空载情况下电机的转速与控制电压成线性关系,而实际情况存在空载转矩、信号干扰等不会表现出理论上的完美线性关系.430 系列单片机具有超低功耗和适应工业应用的特点,实时处理能力强,运行速度快,性价比高. 设计难点在于转速闭环和电流闭环的结合设计、H 逆变桥电路设计和 PI 参数调节. 本设计可挖掘该电机的使用价值, 在工业场合可组成工业控制系统. 实验表明：控制系统运行稳定可靠, 有一定的使用价值.Key words: brushless DC motor; msp430; double closed loop; load analysis 【相关文献】[1] 张琛. 直流无刷电动机原理及应用[M]. 北京: 机械工业出版社, 2004.[2] KAT BAB J. Brushless DC Motor controller Design Based on IR2130[J]. IEEE, 1995: 443-449.[3] 曹仁贤, 茆美琴, 许沫华. 六输出高压驱动器 IR2130 的应用[J]. 国外电子元器件, 1996(9): 30-32.[4] Brahim GASBAOUI,Brahim MEBARKI.setting up PID DC motor speed control alteration parameters using particle swarm optimization strategy[J].Leonardo Electronic ournal of practices and Technologies, 2009(14):19-32.[5] 毕庆, 张纯江. 高性能6输出MOS 栅极驱动器 IR2130 及应用[J]. 信息技术,2000(3):11-13. Abstract: This paper analysises the principle of brushless motors and puts forward a design plan of speed and cureent double close loop control system. The working characteristics are discussed when it is loaded, and then a simulation analysis is made on double closed loop system. A driving strategy is introduced which uses the msp430f149 as the main controller and uses the IR2130 as the driving chip, and which includes speed feedback made of photod and code circle and cureent feedback consisting of power resistance. The testing of the system working condition is also introduced.。
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。
基于单片机的直流无刷电机调速电路设计
一、概述现代工业生产中，电机作为常见的驱动设备，广泛应用于各种机械设备中。
而直流无刷电机作为一种高效、可靠的电机类型，被广泛应用于各种领域，如汽车、航空航天、工业自动化等。
直流无刷电机在这些应用中常需要进行调速控制，以适应不同工况下的需求。
而基于单片机的直流无刷电机调速电路设计，不仅可以实现精确的调速控制，同时还可以实现多种保护功能，提高了电机的可靠性和性能。
二、直流无刷电机调速原理1. 直流无刷电机工作原理直流无刷电机是一种将电能转换为机械能的装置，其工作原理是依靠电磁感应和电场力的作用。
当电流通过电机的线圈时，会产生磁场，而通过电子开关控制磁场的变化，从而驱动转子旋转。
2. 调速原理直流无刷电机的转速与电压或电流成正比，因此通过调节电机的供电电压或电流大小，可以实现对电机转速的调节。
而单片机作为控制中心，可以通过采集电机转速反馈信号，通过控制电机供电电压或电流大小，实现对电机的精准调速。
三、基于单片机的直流无刷电机调速电路设计1. 电机驱动电路设计为了实现对直流无刷电机的精确控制，需要设计一个高性能的电机驱动电路。
电机驱动电路通常包括功率放大器、电流感应电路、电流反馈电路等部分。
其中功率放大器主要用于放大来自单片机的PWM控制信号，并驱动电机；电流感应电路用于采集电机的电流信号，以实现对电机电流的监测和控制；电流反馈电路则用于对电机电流进行反馈，以保证电机运行的稳定性和安全性。
2. 单片机控制电路设计单片机作为控制中心，需要设计一个高性能的控制电路，以实现对电机的精确控制。
控制电路通常包括主控芯片、AD/DA转换电路、通信接口、显示器等部分。
主控芯片用于控制电机的启停、正反转、以及调速等功能；AD/DA转换电路用于采集电机的转速反馈信号，并实现对电机转速的实时监测和控制；通信接口和显示器则用于与外部设备进行通讯和显示。
3. 保护电路设计为保证电机运行的安全可靠，需要设计一个完善的保护电路。
保护电路通常包括过压保护、欠压保护、过流保护、过温保护等部分。
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毕业设计说明书基于MSP430单片机的无刷直流电机控制系统设计2013年6月基于MSP430单片机的无刷直流电机控制系统设计摘要无刷直流电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的。
现阶段，虽然各种交流电动机和直流电动机在传动应用中占主导地位，但无刷直流电动机正受到普遍的关注。
自20世纪90年代以来，随着人们生活水平的提高和现代化生产、办公自动化的发展，家用电器、工业机器人等设备都越来越趋向于高效率化、小型化及高智能化，作为执行元件的重要组成部分，电机必须具有精度高、速度快、效率高等特点，无刷直流电机的应用和需求也因此而迅速增长。
本设计是把无刷直流电动机作为设计对象，以MSP430单片机为控制MCU，单片机采集比较电平及电机霍尔反馈信号，通过软件编程控制无刷直流电动机。
将整个系统分成几个部分，讨论了各个部分的电路原理、控制策略、具体实现。
根据永磁无刷直流电动机的特性实施脉宽PWM控制，并通过转速传感器测量转速通过LCD1602动态显示转速。
关键词:无刷直流电动机,单片机,霍尔位置传感器MSP430 Microcontroller-based brushless DCmotor Control System DesignAbstractBrushless DC motor in a brush DC motor developed on the basis of. At this stage, although exchanges of all kinds of DC motors and motor drive in the application of the dominant, but brushless DC motor is under common concern.Since the 1990s, as people's living standards improve and modernize production, the development of office automation, household appliances, industrial robots and other equipment are increasingly tend to be high efficiency, small size and high intelligence, as the implementation of components An important component of the motor must have a high accuracy, speed, high efficiency, brushless DC motor and therefore the application is also growing rapidly.This design is the brushless DC motor as the electric bicycle motor-driven control system, MSP430 microcontroller for control MCU, SCM collection and comparison-level electrical signal Hall feedback, software programming through brushless DC motor controller .This paper analyzes the requirements from the system, the whole system will be divided into several parts, analysis and discussion of the various parts of the circuit of the control strategy, implementation method. According to the permanent magnet brushless DC motor control of the PWM pulse width, speed sensor and display speed through LCD1602.Key words:BLDCM,the single chip processor,hall position sensor目录1 引言 (1)1.1电机的分类 (1)1.2无刷直流电机及其控制技术的发展 (1)1.3本文研究的意义及主要内容 (3)2 设计主要部件介绍 (4)2.1无刷直流电机介绍 (4)2.1.1 无刷直流电机组成 (4)2.1.2 无刷直流电机工作原理 (4)2.1.3无刷直流电机主要工作方式 (5)2.2 MSP430单片机介绍 (7)2.2.1 MSP430单片机特点 (7)2.2.2单片机选型 (8)2.2.3 MSP430F149介绍 (9)2.3 LM621介绍 (10)2.4 涡轮流量计介绍 (11)2.5脉宽调制技术介绍 (11)3 直流无刷电机的模糊PI控制 (13)3.1模糊控制器在直流无刷调速系统中的应用 (13)3.2直流无刷电动机数学模型 (13)3.3模糊PI控制器 (15)4 控制系统设计 (18)4.1系统总体功能介绍 (18)4.2 MSP430F149单片机最小系统 (19)4.3显示模块介绍 (20)4.3.1显示模块硬件设计 (20)4.3.2显示模块软件设计 (21)4.4驱动模块介绍 (23)4.4.1 驱动模块硬件设计 (23)4.4.2 PWM控制软件设计 (23)4.5按键模块介绍 (24)4.5.1按键模块硬件设计 (24)4.5.2按键模块软件设计 (25)4.6 限流电路设计 (26)4.7速度反馈电路设计 (27)结论 (28)附录A (29)附录B (39)参考文献 (40)致谢 (41)1引言随着计算机进入控制领域，以及新型的电力电子功率器件的不断出现，采用全控型的开关功率元件进行脉冲调制（Paulse width modulation,简称PWM）控制的无刷直流电机已成为主流。
随着半导体工业，特别是大功率电子器件及微控制器的发展，变速驱动变的更加现实且成本更低。
本文充分利用单片机的数字信号处理器运算快、外围电路少、系统组成简单、可靠的特点，将其应用于无刷电机的驱动设计。
实验表明，该设计使得无刷直流电机的组成简化和性能的改进成为可能，有利于电机的小型化和智能化。
1.1电机的分类电机按工作电源种类可分为：1.直流电机(1)有刷直流电机①永磁直流电机②电磁直流电机(2)无刷直流电机稀土永磁无刷直流电机2.交流电机(1)单相电动机(2)三相电动机1.2无刷直流电机及其控制技术的发展1831年，法拉第发现了电磁感应现象，奠定了现代电机的基本理论基础。
从19世纪40年代研制成功第一台直流电机，经过大约17年的时间，直流电机技术才趋于成熟。
随着应用领域的扩大，对直流电机的要求也就越来越高，有接触的机械换向装置限制了有刷直流电机在许多场合中的应用。
为了取代有刷直流电机的电刷－换向器结构的机械接触装置，人们曾对此作过长期的探索。
1915年，美国人Langnall发明了带控制栅极的汞弧整流器，制成由直流变交流的逆变装置。
20世纪30年代，有人提出用离子装置实现电机的定子绕组按转子位置换接的所谓换向器电机，但此种电机由于可靠性差、效率低、整个装置笨重又复杂而无实用价值【1】。
科学技术的迅猛发展，带来了电力半导体技术的飞跃。
开关型晶体管的研制成功，为创造新型直流电机——无刷直流电机带来了生机。
1955年，美国人Harrison首次提出了用晶体管换相线路代替电机电刷接触的思想，这就是无刷直流电机的雏形。
它由功率放大部分、信号检测部分、磁极体和晶体管开关电路等组成，其工作原理是当转子旋转时，在信号绕组中感应出周期性的信号电动势，此信号电动势分别使晶体管轮流导通实现换相。
问题在于，首先，当转子不转时，信号绕组内不能产生感应电动势，晶体管无偏置，功率绕组也就无法馈电，所以这种无刷直流电机没有起动转矩；其次，由于信号电动势的前沿陡度不大，晶体管的功耗又大。
为了克服这些弊病，人们采用了离心装置的换向器，或采用在定子上放置辅助磁钢的方法来保证电机可靠地起动。
但前者结构复杂，而后者需要附加的起动脉冲。
其后，经过反复的试验和不断的实践，人们终于找到了用位置传感器和电子换相线路来代替有刷直流电机的机械换向装置，从而为直流电机的发展开辟了新的途径。
20世纪60年代初期，接近开关式位置传感器、电磁谐振式位置传感器和高频耦合式位置传感器相继问世，之后又出现了磁电耦合式和光电式位置传感器。
半导体技术的飞速发展，使人们对1879年美国人霍尔发现的霍尔效应再次发生兴趣，经过多年的努力，终于在1962年试制成功了借助霍尔元件（霍尔效应转子位置传感器）来实现换相的无刷直流电机【2】。
在20世纪70年代初期，又试制成功了借助比霍尔元件的灵敏度高千倍左右的磁敏二极管实现换相的无刷直流电机。
在试制各种类型的位置传感器的同时，人们试图寻求一种没有附加位置传感器结构的无刷直流电机。
1968年，德国人W·Mieslinger提出采用电容移相实现换相的新方法。
在此基础上，德国人R·Hanitsch试制成功借助数字式环形分配器和过零鉴别器的组合来实现换相的无位置传感器无刷直流电机。
永磁无刷电机是永磁无刷直流电机、永磁无刷交流同步电机、永磁无刷直线电机和永磁无刷力矩电机的总称。
永磁无刷电机具有很多优点，因此已是目前微特电机发展主流【3】。
我国对无刷直流电动机的研究起步较晚。
1987年，在北京举办的联邦德国金属加工设备展览会上，SIEMENS和BOSCH两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器，引起了国内有关学者的广泛注意，自此国内掀起了研制开发和技术引进的热潮。
经过多年的努力，目前，国内已有无刷直流电动机的系列产品，形成了一定的生产规模。
1.3本文研究的意义及主要内容无刷直流电机的应用十分广泛，如汽车、工具、工业工控、自动化以及航空航天等等。
总的来说，无刷直流电机可以分为以下三种主要用途：(1)持续负载应用：主要是需要一定转速但是对转速精度要求不高的领域，比如风扇、抽水机、吹风机等一类的应用，这类应用成本较低且多为开环控制。
(2)可变负载应用：主要是转速需要在某个范围内变化的应用，对电机转速特性和动态响应时间特性有更高的需求。
如家用器具中的、甩干机和压缩机就是很好的例子，汽车工业领域中的油泵控制、电控制器、发动机控制等，这类应用的系统成本相对更高些。