摘
目前国已开发出批具知识产权实时监控软件台先进控制软件程优化控制软件等成套应软件工程化产品化定突破破国外类应软件垄断格局通化工石化造纸等行业数百企业（装置）中应促进企业技术改造提高生产程控制水产品质量企业创造明显济效益
设计根工业控制现状电控技术智控制技术基单片机控制试验技术设计完成简单工业控制电路系统硬件台搭建着性工作稳定功强总体设计原采高性低功耗MPS430单片机核心传感器驱动器继电器等常工业控制设备作体然应VB程序设计完成数采集分析时VB程序带串口设计控件完成单片机串口发送指令设计应C语言程序设计写出单片机控制程序实现单片机步进电机直流电机启动停止加减速状态显示电路继电器开路断路控制模拟工业控制方式进行调试演示
关键词： MSP430F149L297L298N位机
ABSTRACT
At present our country has developed a with independent intellectual property rights of the realtime monitoring software platform advanced control software and process optimization control software engineering application software etc and product have breakthrough broke the foreign similar applications of monopoly pattern Through in chemical petrochemical and papermaking of hundreds of enterprise (device) promote enterprise's technical renovation improve the production process control level and product quality to create the obvious economic benefit
According to the design of the industrial control and intelligent control technology and electronic technology based on singlechip microcomputer control technology the design of the experiment of industrial control circuit is simple With the system hardware platform for reliable performance stable work powerful design principle the overall performance of low power consumption by MPS430 microcontroller as the core By the sensor drive relays and industrial control equipment as the main body Then VB programming complete data acquisition VB program design complete control own serial chip to send command Design of serial C programming language application and singlechip microcomputer control procedures realize the writing of stepping motor chip dc motor starting stopping deceleration status circuit breaker relays and continuity of control Finally simulation of industrial control way and demonstration debugging
Key Words：MSP430 F149 L297 NL298 NPlace of honor machine
1 引言
20世纪80年代初期诞生工业控制软件已20年发展历史工业控制位机软件相结合着PC机兴起断发展工业控制位机软件控制元化低功耗智化网络化集成化现代工业发展趋势
目前国已开发出批具知识产权实时监控软件台先进控制软件程优化控制软件等成套应软件工程化产品化定突破破国外类应软件垄断格局通化工石化造纸等行业数百企业（装置）中应促进企业技术改造提高生产程控制水产品质量企业创造明显济效益2000年九五国家科技攻关计划项目型骨干石化生产系统控制计算机应技术通验收
作工控软件重组成部分国机界面组态软件研制方面年取较进展软件硬件相结合企业测控体化提供较完整解决方案基础工业控制软件机界面基策略组态先进控制方发展
先进控制优化软件创造巨济效益软件身价倍增世界范围形成强流程工业应软件产业开发国具知识产权先进控制优化软件破外国产品垄断代进口具十分重意义
未工业控制软件继续标准化网络化智化开放性发展方
2 系统设计
21 设计求
1步进电机正反转加减速控制
2直流电机正反转加减速控制
3继电器闭合断开控制
4传感器输入检测
5位机进行数采集显示
6电脑控制电路
7常工业控制演示
22 开发设计思路
根工业控制现状电控技术智控制技术基单片机控制试验技术设计完成简单工业控制电路系统硬件台搭建着性工作稳定功强总体设计原采高性低功耗MPS430单片机核心传感器驱动器继电器等常工业控制设备作体然应VB程序设计完成数采集分析时VB程序带串口设计控件完成单片机串口发送指令设计应C语言程序设计写出单片机控制程序实现单片机步进电机直流电机加减速状态显示电路继电器开路断路控制模拟工业控制方式进行调试演示
23 系统方框图
图21系统方框图
3 MSP430F149单片机
31 MSP430F149核心芯片简介
图31 MSP430F149核心芯片
MSP430系列单片机美国德州仪器(TI)1996年开始推市场种16位超低功耗混合信号处理器(Mixed Signal Processor)称混合信号处理器针实际应需求许模拟电路数字电路微处理器集成芯片提供单片解决方案
32 MSP430 单片机发展
MSP430 系列 16 位具精简指令集超低功耗混合型单片机 1996 年问世具极低功耗丰富片外设方便灵活开发手段已成众单片机系列中颗耀眼新星回忆 MSP430 系列单片机发展程出样三阶段：
开始阶段 1996 年推出 MSP430 系列开始 2000 年初阶段首先推出 33X 32X 31X 等系列 2000 年初推出 11X 11X1 系列
MSP430 33X 32X 31X 等系列具 LCD 驱动模块提高系统集成度较利系列 ROM 型（ C ） OTP 型（ P ） EPROM 型（ E ）等芯片 EPROM 型价格昂贵运行环境温度范围窄样机开发表明系列开发模式：户 EPROM 型开发样机 OTP 型进行批量生产 ROM 型适应批量生产产品
2000 年推出 11X11X1 系列系列采 20 脚封装存容量片功 IO 引脚数较少价格较低廉
时期 MSP430 已显露出特低功耗等系列技术特点意处许重特性：片串行通信接口硬件法器足够 IO 引脚等 33X 系列具备 33X 系列价格较高较适合较复杂应系统户设计需更考虑成时 33X 定适合片高精度AD 转换器 32X 系列
寻找突破引入Flash技术 着 Flash 技术迅速发展 TI 公司技术引入 MSP430 系列中 2000 年 7 月推出 F13XF14X 系列 2001 年 7 月 2002 年相继推出 F41X F43X F44X 全部 Flash 型单片机
F41X 单片机目前应较广单片机 48 IO 口 96 段 LCD 驱动 F43X F44X 系列 13X 14X 基础增加液晶驱动器驱动 LCD 段数 3XX 系列 120 段增加 160 段相应调整显示存储器存储区址发展拓展空间
MSP430 系列具 Flash 存储器系统设计开发调试实际应表现出较明显优点 TI 公司推出具 Flash 型存储器 JTAG 边界扫描技术廉价开发工具 MSPFET430X110 国际先进 JTAG 技术 Flash 线编程技术引入 MSP430
种 Flash 技术 FET 开发工具组合开发方式具方便廉价实等优点户提供较理想样机开发方式
外 2001 年 TI 公司公布 BOOTSTRAP LOADER技术利烧断熔丝根线更改运行部程序系统软件升级提供方便手段 BOOTSTRAP 具高保密性口令达 32 字节长度
蓬勃发展阶段 前阶段引进新技术部进行调整 MSP430 功扩展良基础 TI 公司 2002 年底 2003 年期间陆续推出 F15X F16X 系列产品
新系列中两方面发展存储器方面说 RAM 容量增加 F1611 RAM 容量增加 10KB 样希实时操作系统（ RTOS ）引入 MSP430 会 RAM 够发愁二外围模块说增加 I 2 C DMA DAC12 SVS 等模块
2003 年中 TI 公司推出专门电量计量 MSP430FE42X 水表气表热表具磁传感模块 MSP430FW42X 单片机相信 MSP430 开放性基架构新技术应新 MSP430 产品品种必会断出现
33 MSP430 单片机特点
MSP430 系列单片机迅速发展应范围断扩取决特点
强处理力 MSP430 系列单片机 16 位单片机采精简指令集（RISC）结构具丰富寻址方式（ 7 种源操作数寻址 4 种目操作数寻址）简洁 27 条核指令量模拟指令量寄存器片数存储器参加种运算高效查表处理指令较高处理速度 8MHz 晶体驱动指令周期 125 ns 特点保证编制出高效率源程序
运算速度方面 MSP430 系列单片机 8MHz 晶体驱动实现 125ns 指令周期 16 位数宽度 125ns 指令周期功硬件法器（实现加）相配合实现数字信号处理某算法（ FFT 等）
MSP430 系列单片机中断源较意嵌套时灵活方便系统处省电备状态时中断请求唤醒 6us
超低功耗 MSP430 单片机超低功耗降低芯片电源电压灵活控运行时钟方面独处
首先 MSP430 系列单片机电源电压采 18~36V 电压 1MHz 时钟条件运行时 芯片电流会 200~400uA 左右时钟关断模式低功耗 01uA
次独特时钟系统设计 MSP430 系列中两系统时钟系统：基时钟系统锁频环（ FLL FLL+ ）时钟系统 DCO 数字振荡器时钟系统晶体振荡器（ 32768Hz ） 两晶体振荡器系统时钟系统产生 CPU 功需时钟时钟指令控制开关闭实现总体功耗控制
系统运行时开功模块采工作模式芯片功耗着显著系统中种活动模式（ AM ）五种低功耗模式（ LPM0~LPM4 ）等方式耗电 07uA 节电方式低达 01uA
系统工作稳定电复位首先 DCOCLK 启动 CPU 保证程序正确位置开始执行保证晶体振荡器足够起振稳定时间然软件设置适寄存器控制位确定系统时钟频率果晶体振荡器做 CPU 时钟 MCLK 时发生障 DCO 会动启动保证系统正常工作果程序跑飞门狗复位
丰富片外围模块 MSP430 系列单片机成员集成较丰富片外设分门狗（ WDT ）模拟较器 A 定时器 A （ Timer_A ）定时器 B （ Timer_B ）串口 0 1（ USART0 1 ）硬件法器液晶驱动器 10 位 12 位 ADC 16位SigmaDelta AD直接寻址模块（ DMA ）端口 O （ P0 ）端口 1~6 （ P1~P6 ）基定时器（ Basic Timer ）等外围模块组合中门狗程序失控时迅速复位模拟较器进行模拟电压较配合定时器设计出 AD 转换器 16 位定时器（ Timer_A Timer_B ）具捕获 较功量捕获 较寄存器事件计数时序发生 PWM 等器件更具实现异步步址访问串行通信接口方便实现机通信等应具较 IO 端口达 6*8 条 IO 口线 P0 P1 P2 端口够接收外部升降中断输入 1214 位硬件 AD 转换器较高转换速率高达 200kbps 够满足数数采集应直接驱动液晶达 160 段实现两路 12 位 DA 转换硬件IIC串行总线接口实现存储器串行扩展增加数传输速度采直接数传输（ DMA ）模块 MSP430 系列单片机片外设系统单片解决方案提供极方便
方便高效开发环境 目前 MSP430 系列 OPT 型 FLASH 型 ROM 型三种类型器件器件开发手段 OPT 型 ROM 型器件仿真器开发成功烧写掩膜芯片 FLASH 型十分方便开发调试环境器件片 JTAG 调试接口电擦写 FLASH 存储器采先载程序 FLASH 器件通软件控制程序运行 JTAG 接口读取片信息供设计者调试方法进行开发种方式需台 PC 机 JTAG 调试器需仿真器
编程器开发语言汇编语言 C 语言
MSP430 单片机目前 FLASH 型
1适应工业级运行环境 MSP430 系列器件均工业级运行环境温度 40~+ 85 摄氏度 设计产品适合工业环境
2微控制器相 MSP430系列延长电池寿命
36us启动时间启动更加迅速
4ESD保护抗干扰力强
5低电压供电
6达64KB寻址空间包含 ROMRAM 闪存 RAM外围模块计划扩 1MB
7通堆栈处理中断子程序调层次限制
8仅3种子令格式全部正交结构
9做1字指令
10源操作数7种寻址模式目操作数 4种寻址模式
11外部中断引脚：IO口具中断力
12中断优先级：时发生中断优先级处理
13嵌套中断结构：中断服务程中次响应中断
14外围模块址存储器分配：全部寄存器占 RAM空间均模块
定时器中断事件计数时序发生PWM等
15门狗功
16AD转换器（10位更高精度）
17正交指令简化程序开发：指令意寻址模式
18已开发C编译器
19模块设计思想：模块采存储器分配
20MSP430 全部工业级 16 位 RISC MCU
34 MSP430 89C51系列较
国数读者89C51系列单片机熟悉加深 MSP430系列单片机认识妨两者进行较
首先89C51单片机 8 位单片机指令采称 CISC 复杂指令集具 111 条指令 MSP430 单片机 16 位单片机采精简指令集（ RISC ）结构简洁 27 条指令量指令模拟指令众寄存器片数存储器参加种运算核指令均单周期指令功强运行速度快
次89C51单片机身电源电压5 V两种低功耗方式：机方式掉电方式正常情况消耗电流24mA 机状态耗电电流 3mA 掉电方式电源电压降2V保存部RAM中数需提供约50uA 电流MSP430系列单片机低功耗方面优越处89C51系列拟正 MSP430更适合应电池供电仪器仪表类产品中
者89C51系列单片机部总线8位部功模块基 8 位然种努力部功模块显著增加受结构身限制尤模拟功部件增加更显困难 MSP430系列基架构16位时部数总线转换存8位总线加身混合型结构样开放型架构说扩展8位功模块16位功模块扩展模数转换数模转换类功模块方便什MSP430系列产品中功部件迅速增加原
开发工具面89C51说早进入中国单片机熟悉加国方士努力创造少适合开发工具实现线编程问题MSP430系列言引进Flash型程序存储器JTAG技术仅开发工具变简便价格相低廉实现线编程
35 应种MSP430
参数搜索您应找合适MSP430产品MSP430产品系列类型描述
MSP430F5xx 基闪存 MCU 提供 12 V 36 V工作电压高达 256kB闪存高25MIPS时钟系统置4USCI模块
MSP430F4xx基闪存 MCU 提供 18 V 36 V工作电压高达 60kB 闪存ROM8MIP（带 FLL + SVS） 置LCD Driver
MSP430F2xx基闪存 MCU 提供 18 V 36 V工作电压掉电复位 16MIP（带基时钟）
MSP430F1xx 基闪存 ROM MCU 提供 18 V 36 V工作电压高达 60kB8MIP（带基时钟）
MSP430类现场16位数线FLASH存储器单片机该单片机丰富片资源高速高精度深受广单片机爱者青睐设计充分利资源实现AD转换机通信外存实时时钟PWM波形函数发生器较器测量定时器捕获测量周期8M方波产生硬件法器等等通设计PCB板应量工业动控制中实现低功耗低辐射低污染控制
36 开发环境程序载
开发环境EW23环境进行编程汇编连接C—SPY环境进行调试载连接调试前通计算机串口载关环境操作参考关资料中遇问题解决方法
1汇编源程序言必须开源文件汇编连接工程文件言连接工程文件源代码(包括源文件)数定位连接必须开工程文件连接
2连接中必须库文件路径改正确必须选定C—SPY驱动方式project中optionsxlinkinclude修改(先选中)xcl库路径 TOOLKIT_DIR\icc430\msp430F149Axcl 选择C—SPY 驱动drivesimulatorFLASH EMULATION TOOL 没连接430片子时选simulator连接430片子时选 FLASH EMULATION TOOL进行线载调试
3430支持汇编语言C语言两种语言工程文件 中时两种语言建议汇编语言便调试时寻找逻辑指令联系址定位正确否
4线C—SPY 调试中单步需ControlReatime前勾取消进行单步测试
5线调试时58 脚（复位非屏蔽中断）外部变高否会强制退出调试环境
程序载原理脱机工作原理程序线调试通JATG口F149片子 RSTTCKTDITDOTMS引脚定时序串行传递程序代码数调试指令命令传递通数线控制线传递中址0FFFEH复位量址程序遇非屏蔽中断程序启动首址址中存放程序段开始首址必须程序段首址标号表示中断量中程序伪指令开头位置否连接时会出错具体 表示方法节中表示
程序载线调试电源通计算机JATG提供须外加电源
37 MSP430F149单片机功介绍
371 MSP430F149输入输出口
MSP430F14968位P口中P1P2口占两中断量接16中断源直接利P口输入输出寄存器直接外进行通信P口外设复端口前功选择寄存器选定功外设P口选定方寄存器中确定输出输入实验程序前部分实现中断功程序部分中断程序实现直接P口外提供短脉程序设计开发板中专门利P口输入输出功外存24WCXX实时时钟芯片8563数通存取I2C总线读取写入利P口电池充电开启电路
372 定时器数模转换
图32定时器数模转换
MSP430中两16位定时器利门狗定时器定时器16位秒数量级定时具2中断量便处理种定时中断定时器应F149中具举足轻重作利MSP430F149中定时器较模式产生PWM（数字脉调制）波形低通滤波器产生意函数波形说通定时器较模式实现数模转换功外定时器具捕获模式通定时器捕获功实现种测量脉宽度测量果较器结合测量电阻电容电压电流温度等样说通传感转换时间长度通定时器捕获定时功实现值测量开发板中利定时器设计
PWM滤波输出函数发生器外利定时器捕获功较器较功测电阻电容较器测电阻实验程序时序： 程序设计流图 图32：
373 时钟模块
MSP430F149时钟选择包括部DCO时钟外两外部时钟部时钟参数见参考资料中高达1042KHZ外部接两时钟接钟表晶振标准晶振接高时钟频率8MHZ晶振8M单片机高工作频率晶振选择参考资料介绍清楚重复基础时钟控制需相应控制寄存器写入相应控制位产生需时钟相应端口测时钟频率做实验控制部时钟149端口测相应频率开启时钟频率时钟继续存写入停止止
374 USART通信模块
通串行步异步通信模块MSP430F149机通信通USART口连接RS202RS485驱动芯片实现单片机计算机工作电匹配串行通信MSP430F149具两通信口分RS202RS485串行通信MSP430步异步两种方式种方式独立帧格式控制寄存器需需帧格式写入相应寄存器实现机通信MSP430波特率产生较异步通信模式较毕业设计中实验异步通信模式异步通信模式中MSP430波特率产生独特方式实现种波特率产生克服单片机波特率受限缺点外异步模式中根需分线路空闲机模式址位机模式果两机通信线路空闲较线路空闲机模式较开发板中测试程序实现通RS202计算机超级终端串行口相连测试程序说MSP430波特率发生器较特着重讨波特率发生器波特率发生器波特率选择寄存器调整控制寄存器产生串行数位定时
波特率BRCLK(UBR+(M7+M6+M5+M4+M3+M2+M1+M0))中BRCLK晶振频率UBR分频子整数晶振频率波特率整数部分调整位分写UMCTL中果置位应时序时间波特率分频器输入时钟扩展时钟周期接受发送位调整控制寄存器位决定前位定时时间
协议第位定时URB加M0决定位UBR加M1决定类推调整位取01取决前分频子需分频子差距果05取1果05取0
375 较器模块
较器应MSP430中广做转换电压量测量果加定时器捕获功较器途会更广较器应定时器章已实验证明述点必须说明
1较器属硬件型然准确软件控制造成时间误差存段时间振荡造成测量误差精确
2较器参考电方便加超片子高电压33V 否正常工作
3较器应放心开发板中较器输入端口加电阻稳压嵌位二极高压负压时芯片保护
376 模数转换模块
MSP430F149单片机中集成14路12位AD转换中8路属外部信号转换3路部参考电压检测转换1路接温控传感电压转换路转换控制转换存储器参考电时钟源选择外部提供带灵活性原理般积分逐次较等AD转换原理输入信号加AD电容网络通电容充电采样信号进行AD转换时序纳图33：
AD转换时序具体注意事项参数点必须注意方
1MSP430F149采加载信号电容充电采样必须定采样时间达定精度时间溢出否会出现时间溢出中断测定采样开始需13ADC12CLK周期延时实验时采单步较精确测量全速时需延时测量否采样结果0
2采样结束转换开始需控制程ADC12CTL0ENCADC12SC时置1表明采样结束转换开始测试中ADC12CTL0控制位重复次达开始转换
3外部参考电压时转换公式NADC4095*（Vin—Vr）（Vr+—Vr）
图33模数转换模块
4低三位电阻性精度需次测量取均值
5果采外参考电压认悬空0V必须加电压0v必须加否转换 具体AD采样程序结果PCB测试中较详细结果
次毕业设计中务设计芯片开发板够供考虑F149资源设计外围模块功图：
图34 外围模块功图
面分模块介绍模块原理（标示见原理图）调试程序结果：外存实时
考虑单片机时需实时时钟外存设计加8563实时时钟芯片24WCxx片外存储采I2C 总线结构传送数时钟通P46传送SCL时钟信号P45传送址控制应答数信号8563接32767HZ晶振产生实时时钟R32R31提拉电阻856324WCxx中输出数设计中片外存储芯片址10100008563读芯片址
1010011写址1010010关I2C 总线帧结构：
图35 帧结构图
调试程序流图帧结构序样重复调试程序见设计程序调试结果：外存中10000000址写入10101010字节数读出然10101010表明外存读写正确8563读写样I2C 总线重时序正确编程重点外读信号时注意启动先写片选址送写信号等应答送读址然启动送片选址送读信号等应答址数写时序样
377 485232通讯模块
单片机通讯时需转换电485232电驱动开发板中MAX202EMAX485芯片作驱动MAX202芯片实现短距离通信属单端驱动方式15V~+15V 电压转换0~5V电压速率达20K输出电流达500mA实现TTL—EIA电转换MAX202芯片全双工引脚全MAX202芯片输出 5v电压430芯片3V电压需RM3RM4组成分压电路受430阻MAX202输出电流影响RM3RM4分取2千欧3千欧时分压电压刚达电压3V取RM3RM42千欧3千欧注RS—232
电规定3V— 15V1+3V—+15V0RS—485电属衡电通两路较决定正负RU4起连接两路作半双工电路需端口 启动电5V需加CM1RC7微分电路产生较驱动信号时P10口发出1电CM1RC7微分输出MAX485电尖峰信号驱动RM1RM2分压电路RM3RM4分压原理样MAX232MAX485分接430USART1USART0实现机通信调试中430计算机超级终端相连实现测试原理：
图36 通讯接口连接图
图37 调试程序流图
调试结果出发送正确性出430达波特率意性灵活实调试中注意
1发送字符熟悉字符否认正确实际正确开始发送FFH字符收符号发错改31H时收1知道发送正确
2超级终端需流量控制改
3波特率合适时发生中断请求
4接收控制寄存器中没时钟源选定需发送控制寄存器中确定时钟源
38 MSP430F149单片机控制部分原理图
见（附录四）
4 控制部分介绍
41 直流电机控制部分
411 恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N
L298N芯片脚图：
图41 L298N芯片脚图
L298SGS(通标标准技术服务限公司)公司产品较常见15脚Multiwatt封装L298N部包含4通道逻辑驱动电路种二相四相电机专驱动器含二H桥高电压电流双全桥式驱动器接收标准TTL逻辑电信号驱动46V2A电机引脚排列图中示
L298N引脚9LOGIC SUPPLY VOLTAGE Vss逻辑供应电压引脚4SUPPLYVOLTAGE Vs驱动部分输入电压Vss电压求输入电压45V达36VVs电压值36V实验Vs电压应该Vss电压高否时会出现失控现象
引脚231314L298N芯片输入电动机输出端中引脚23控制两相电机直流电动机控制电动机理引脚1314控制直流电动机引脚611脚电动机接线脚引脚571012单片机输入L298N芯片输入引脚表输入引脚输出引脚逻辑关系
表41
表41 输入引脚输出引脚逻辑关系
EN A（B）
IN1（IN3）
IN2（IN4）
电机运行情况
H
H
L
正转
H
L
H
反转
H
IN2（IN4）
IN1（IN3）
快速停止
L
X
X
停止
控制引脚ENA者ENB实现PWM脉宽速度调整
1脚15脚单独引出连接电流采样电阻器形成电流传感信号直接接设计中直接接
引脚8芯片接引脚L298N芯片散热片连接起芯片工作电流较发热量较芯片散热片连接块铝合金增散热面积
该芯片参数：
1逻辑部分输入电压：6～7V
2驱动部分输入电压Vs：48～46V
3逻辑部分工作电流Iss：≤36mA
4驱动部分工作电流Io：≤2A
5耗散功率：25W（T75℃）
6控制信号输入电：高电：23V≤Vin≤Vss低电：03V≤Vin≤15V
7工作温度：25℃～＋130℃
8驱动形式：双路功率H桥驱动
L298SGS公司产品较常见15脚Multiwatt封装L298N部样包含4通道逻辑驱动电路方便驱动两直流电机两相步进电机L298N接受标准TTL逻辑电信号VSSVSS接4．5～7 V电压4脚VS接电源电压VS电压范围VIH＋2．5V～46 V输出电流达2．5 A驱动电感性负载1脚15脚发射极分单独引出便接入电流采样电阻形成电流传感信号L298驱动2电动机OUT1OUT2OUT3OUT4间分接电动机实验装置选驱动台电动机571012脚接输入控制电控制电机正反转EnAEnB接控制端控制电机停转
412 直流电机驱动电路原理
图42直流电机驱动电路原理图
控程序控制脚达控制电机正反转目
提高机器循线成功系数采PWM进行机器运转速度控制两传感器感知引导线条点亮指示灯准备做出改变机器行进方响应时程序PWM控制降低电机转速实现滑转程
PWM调速基原理思想通反复循环改变ONOFF时间分配机器法助循环处理实现PWM需通中断处理方式实现设计89S51两定时器实现需定时器设定中断周期PWM频率请注意PWM频率时达数十千赫兹满足滑控制求产生弊端中断次数导致CPU部分时间处理中断实时检测控制快响应处理电机存变化速率匹配问题妨通断尝试适改变述设定值便佳效果
413 直流电机PWM调速电路
1 PWM控制芯片SG3525功简介
着电变换技术发展功率MOSFET开关变换器中开始广泛美国硅通半导体公司（Silicon General）推出SG3525SG3525驱动N沟道功率MOSFET产品推出受广泛评SG3525系列PWM控制器分军品工业品民品三等级面SG3525特点引脚功电气参数工作原理典型应进行介绍SG3525电流控制型PWM控制器谓电流控制型脉宽调制器接反馈电流调节脉宽脉宽较器输入端直接流输出电感线圈信号误差放器输出信号进行较调节占空
图43 PWM信号输出电路
输出电感峰值电流误差电压变化变化结构电压环电流环双环系统开关电源电压调整率负载调整率瞬态响应特性提高目前较理想新型控制器SG3525引脚功特点简介原理图图：
图44 PWM控制芯片SG3525
1Invinput(引脚1)：误差放器反输入端闭环系统中该引脚接反馈信号开环系统中该端补偿信号输入端（引脚9）相连构成器
2Noninvinput(引脚2)：误差放器输入端闭环系统开环系统中该端接定信号根需该端补偿信号输入端（引脚9）间接入类型反馈网络构成例例积分积分等类型调节器
3Sync(引脚3)：振荡器外接步信号输入端该端接外部步脉信号实现外电路步
4OSCOutput(引脚4)：振荡器输出端
5CT(引脚5)：振荡器定时电容接入端
6RT（引脚6）：振荡器定时电阻接入端
图45 SG3525部结构图
7Discharge(引脚7)：振荡器放电端该端引脚5间外接放电电阻构成放电回路
8SoftStart(引脚8)：软启动电容接入端该端通常接5 软启动电容
9Compensation(引脚9)：PWM较器补偿信号输入端该端引脚2间接入类型反馈网络构成例例积分积分等类型调节器
10Shutdown(引脚10)：外部关断信号输入端该端接高电时控制器输出禁止该端保护电路相连实现障保护
11Output A（引脚11）：输出端A引脚11引脚14两路互补输出端
12Ground(引脚12)：信号
13Vc(引脚13)：输出级偏置电压接入端
14Output B（引脚14）：输出端B引脚14引脚11两路互补输出端
15Vcc（引脚15）：偏置电源接入端
16Vref(引脚16)：基准电源输出端该端输出温度稳定性极基准电压
特点：
（1）工作电压范围宽：8V—35V
（2）51（1 10）V微调基准电源
（3）振荡器工作频率范围宽：100Hz—400KHz
（4）具振荡器外部步功
（5）死区时间调
（6）置软启动电路
（7）具输入欠电压锁定功
（8）具PWM琐存功禁止脉
（9）逐脉关断
（10）双路输出（灌电流拉电流）： mA(峰值)
SG3525工作原理
SG3525置51V精密基准电源微调 10误差放器模输入电压范围须外接分压电组SG3525增加步功工作模式外部系统时钟信号步设计提供极灵活性CT引脚Discharge引脚间加入电阻实现死区时间调节功SG3525部集成软启动电路需外接定时电容SG3525软启动接入端（引脚8）通常接5 软启动电容电程中电容两端电压突变软启动电容接入端相连PWM较器反输入端处低电PWM较器输出高电时PWM琐存器输出高电该高电通两非门加输出晶体法导通软启动电容充电电压引脚8处高电时SG3525开始工作实际中基准电压通常接误差放器相输入端输出电压采样电压加误差放器反相输入端输出电压输入电压升高负载变化升高时误差放器输出减导致PWM较器输出正时间变长PWM琐存器输出高电时间变长输出晶体导通时间终变短输出电压回落额定值实现稳态反然外接关断信号输出级软启动电路起作Shutdown（引脚10）信号高电时PWM琐存器立动作禁止SG3525输出时软启动电容开始放电果该高电持续软启动电容充分放电直关断信号结束重新进入软启动程注意Shutdown引脚悬空应通接电阻接防止外部干扰信号耦合影SG3525正常工作欠电压锁定功样作输出级软启动电路果输入电压低SG3525输出关断时软启动电容开始放电外SG3525具功什原造成PWM脉中止输出中止直时钟信号PWM琐存器复位
414 控制直流电机程序设计流程
图45控制直流电机程序设计流程
42 步进电机控制部分
421 进电机驱动电路原理
图46 步进电机驱动电路原理
步进电机数字控制电机脉信号转变成角位移脉信号步进电机转动角度非常适合单片机控制步进电机分反应式步进电机（简称VR）永磁式步进电机（简称PM）混合式步进电机（简称HB）
1步进电机特点：
(1)通输入脉信号进行控制
(2)电机总转动角度输入脉数决定
(3)电机转速脉信号频率决定
2．步进电机驱动电路
根控制信号工作控制信号单片机产生(者信号源)
3．基原理作表：
表42两相四拍工作模式时序表
步进电机
信号输入
第步
第二步
第三步
第四步
返回第步
正转
IN1
0
1
1
1
返回
IN2
1
0
1
1
返回
IN3
1
1
0
1
返回
IN4
1
1
1
0
返回
反转
IN1
1
1
1
0
返回
IN2
1
1
0
1
返回
IN3
1
0
1
1
返回
IN4
0
1
1
1
返回
4．控制换相序
(1)通电换相程称脉分配
例：
(2)两相四线步进电机四拍工作方式相通电序(ABA’－B’)次循环 (通电控制脉必须严格序分控制AB相通断)
5．两相四线步进电机四拍工作方式相通电序
(A－AB－B－BA’－A’－A’B’B’－B’A)次循环(出力矩稳噪音减少角度等方面考虑采八拍工作方式)
(1)控制步进电机转
果定工作方式正序换相通电步进电机正转果反序通电换相电机反转
：正转通电序：（ABA’－B’ 次循环）反转通电序：（BA’B－A次循环）
(2)控制步进电机速度
果步进电机发控制脉转步发脉会转步两脉间隔越短步进电机转越快调整单片机发出脉频率步进电机进行调速（注意：果脉频率速度电机反应速度步进电机会出现失步现象）
422 NE555脉产生器电路
图47 NE555脉产生器电路
555定时器（称时基电路）模拟数字混合型集成电路工艺分双极型CMOS型两类应非常广泛
555定时器组成功
图555定时器部组成框图两高精度电压较器A1A2RS触发器放电三极三5KΩ电阻分压器构成
555定时器组成框图
引脚功：
1脚：外接电源负端VSS接般情况接
8脚：外接电源VCC双极型时基电路VCC范围45 ~ 16VCMOS型时基电路VCC范围3 ~ 18V般5V
3脚：输出端Vo
2脚：低触发端
6脚：TH高触发端
图48 555定时器组成框图
4脚：直接清零端端接低电时基电路工作时TH处电时基电路输出0该端时应接高电
5脚：VC控制电压端端外接电压改变部两较器基准电压该端时应该端串入001μF电容接防引入干扰
7脚：放电端该端放电集电极相连做定时器时电容放电
1脚接5脚未外接电压两较器A1A2基准电压分13VCC23VCC情况555时基电路功表表4—3示
表43 555定时器功表
清零端
高触发端TH
低触发端
Qn+1
放电T
0
0
导通
1
0
导通
1
1
截止
1
Qn
变
555定时器应
1构成谐振荡器
555定时器构成谐振荡器电路工作波形图49示
图49 谐振荡器电路工作波形
2谐振荡器电路工作波形
接通电源假定Vo截止电容C充电充电回路VCC—R1—R2—C—Vo指数规律升Vc23VCC端电23VCC）输出Vo翻转低电Vo低电T导通C放电放电回路C—R2—T—Vc指数规律降Vc降13VCC13VCC转高电放电T截止电容次充电周复始产生振荡分析：
输出高电时间
输出低电时间
振荡周期
输出方波占空
423 控制步进电机程序设计流程
图410控制步进电机程序设计流程
43 继电器控制部分
431 继电器控制部分电路原理
图411继电器控制部分电路原理图
电路原理
电路四路继电器控制原理图继电器光耦直接驱动继电器控制直流24V交流110V电流10负载单片机输出低电信号时光耦发光二极正导通发光二极亮做信号输出指示光耦34两脚导通驱动继电器线圈吸合带动继电器触点常开点闭合常闭点断开图中整流二极作需流保护保护继电器线圈反正单片机输出高电信号光耦发光二极截止光耦34脚截止继电器线圈电保持常态
5 VB软件设计
51 VB60软件介绍
Visual basic Basic语言基础发展起Basic语言简单贫乏优点
1Basic语言发展历史
Basic相计算机编程语言说成古老编程语言初美国计算机科学家John kemenyThomas Kurtz设计诞生1964年迄止历40年间历GWBasicTrue BasicTurbo BasicQuick Basic C等版着Windows 流行微软工程师着眼未改进Quick Basic基础开发Visual Basic第版Visual Basic 发收拾世界许程序员爱微软1991年推出Visual Basic 101992年1993年1995年1997年1998年接连发布Visual Basic 20 30 405060版
2Visual Basic特点
Visual Basic种视化面象采事件驱动方式结构化高级程序设计语言开发Windows环境类应程序
(1)视化编程
传统程序化设计语言相Visual Basic提供视化设计工具程序员编写量界面代码犯愁取代需屏幕布局设计求系统提供工具屏幕面画出种图形象设置图形象属性Visual Basic会动产生界面代码提高程序设计效果
(2)面象程序设计
Visual Basic 40 版支持面象程序设计般面象程序设计语言入C++完全样设计象时必编写建立描述象程序代码工具画界面Visual Basic动生成象程序代码封装起象图形方式显示界面视
(3)结构化程序设计语言
Visual BasicQuick Basic基础发展具高级程序设计语言语句结构接然语言类逻辑思维方式语言简单易懂
Visual Basic解释型语言输入代码时解释系统高级语言分解翻译成计算机识机器指令判断语句语法错误设计Visual Basic程序程中时运行程序整应程序设计编译生成执行文件脱离Visual Basic环境直接Windows环境运行
(4)事件驱动编程机制
Visual Basic通事件执行象操作象会事件例鼠标单击窗体鼠标窗体移动改变窗体等Visual basic事件驱动思想果户单击窗体会触发窗体单击事件事件编程员写入代码会执行果单击窗体窗体单击事件永远会触发里面程序会执行开发型软件时必建立具明显开始结束程序编写干微子程序程程分面象户操作触发某事件驱动执行某种特定功者事件驱动程序调通程执行指定操作样方便编程员提高工作效率
(5)数库访问
Visual Basic具强数库理功利数控件视化数理器窗口直接建立活处理Microsoft Access格式数库时黑访问FoxProParadox等外部数库
52 功介绍
1四路继电器闭合断开钮
2四路继电器输出状态显示
3步进电机控制键
4步进电机状态显示
5串口通讯状态设置
6计数输入显示
7时间日期显示
53 位机面板控制界面
图51位机面板控制界面
54 位机程序
见（附录）
6 单片机程序设计
61 单片机编程思想
系统采MSP430Fxx系列单片机款16位超低功耗单片机部采哈佛结构样处理数力提高位机软件中设置继电器开合控制继电器状态显示直流电机启动停止控制步进电机启动停止正转反转加速减速控制步进电机运行状态实时显示外部信号采集数显示数通信PC机串口单片机串口通信完成位机电源模块单片机控制模块直流电机驱动模块步进电机驱动模块继电器控制模块PWM信号产生模块NE555脉产生模块部分组成实现位机通信驱动步进电机手动控制调速功
62 单片机程序流程图
图52 单片机程序流程图
63 单片机程序
见（附录二）
7 调试结果
71 调试程
设计调试分三部分硬件调试软件调试软硬连调
硬件调试：设计电路原理图根原理图焊接电路调试记录参数焊接电源电路输出稳定滑12V5V33V直流电直流电机驱动电路设计实现直流电机PWM调速正反转工作电流15APWM信号单片机产生外部PWM信号模块产生步进电机驱动电路L297L298N两芯片组合驱动步进电机实现正反转加减速工作模式等功速度外部NE555脉电路产生调脉信号控制继电器采光电隔离光耦直接驱动继电器做相应需流保护
软件调试：程序运C语言进行编写次设计中IAR Embedded Workbench软件进行C语言编写调试IAR Embedded Workbench单片机C语言调试工具编译程中信息出现输出窗口中Build页中果源程序中语法错误会错误报告出现双击该行定位出错位置源程序修改次编译直没错误警告出现该软件支持线仿真点击菜单栏中Debug项开相应数寄存器点击运行观测数变化情况十分方便
软硬连调：硬件调试软件调试然完成意味着整系统求运行必须进行软硬连调硬件连接利软件仿真功实时调试通实验板现象初步判断程序存问题举例子刚开始时候观测单片机实验板显示数闪烁太快估计延时程序延时值设置恰修改中果然效果
位机程序调试两台电脑串口互连通串口调试助手调试
72 结果
程序设计完成运制Debug载线程序载MSP430F149单片机中采+12V电源供电测试结果：
1电源模块输出稳定滑12V5V33V直流电
2硬件电路正常接受数程序求执行
3PC机软件部分运行稳定够正常通电脑串行数接口发送数
结
通半学期全心投入辛苦努力终完成功工业控制台系统设计设计程综合运学知识学新知识程验足难免出现失误样次毕业设计说次难锻炼机会积累许宝贵验
文汽车实验台电路控制系统工作原理进行分析全面详细阐述功工业控制台系统设计程实验台已达实训教学求设计留进步改善余完成更实验项目系统抗干扰力进步提高电脑软件运行更加稳定
毕业设计整开发程曲折首先硬件设计开始工业控制系统熟悉加电气电子结合产品设计程中免困难通方面查找资料断老师学请教结合网络资源终找出较完善方案理够实现功求月前期学积累关单片机方面VB60软件设计方面资料电路整合基概念设计出总电路图断测试修改终完善硬件电路设计
软件设计前编程验够加MSP430芯片解彻底方面花费精力时间然程乏老师学帮助非常感谢实验室学帮助软件调试程中关重帮助非常建议
然理实践方面存定足设计思路实现功难免足没想方请位老师予指正感谢予帮助老师学
参考文献
[1] 李青单片机原理接口技术北京北京航空航天学出版1999
[2] 徐维祥单片微型机原理应连连理工学出版1996
[3] 曹巧媛单片机原理应武汉电子工业出版社1997
[4] 李广弟单片机基础北京北京航空航天学出版1994
[5] 谢兴红MSP430单片机基础实践北京清华学出版社2008
[6] 刘守义智卡技术西安西安电子科技学出版社2004
[7] 求科技 单片机典型模块设计实例导航北京民邮电出版社2004
[8] 源江科技编著 VB编程技巧280例海海科学普出版社2002
[9] 谢 楷MSP430系列单片机系统工程设计实践机械工业出版社2009
[10] 龚沛增Visual Basic 程序设计教程北京清华学出版社2004
[11] 谭浩强Visual BASIC程序设计北京清华学出版社2000
[12] 刘新民Visual Basic 60程序设计北京清华学出版社2004
[13] 罗盛Visual Basic 程序设计教程西安民邮电出版社2005
[14] 刘炳文Visual Basic 程序设计教程北京清华学出版社2000
[15] 刘玮 Access数库项目案例导航北京清华学出版社2005
[16] 神龙工作室编著 Access 2003公司数库理范例应西安民邮电出版社2006
[17] 沈建蓉 单贵 学VB程序设计实践教程海复旦学出版社2006
[18] EH ArmstrongThe superheterodyneits origin development and some recent improvements[C] ProIREvol198356(18)152155
[19] Sha ZhanyouPang ZhifengWang YanPeng The Application of PhaseLocked Technology In the Electronic Measuring Field ICEMI’2001
附录：位机程序
'*********************** 初始化定义************************
Public zx As String
Public zs
Public ju
Const zs0 20
Const js 0
*********************** 串口执行部分************************
Private Sub MSComm1_OnComm()
Dim instring As String '定义字符串变量instring
Dim m As Integer '定义整型变量m
MSComm1InputMode 0 '设置返回类型input属性检取文
End Sub
Private Sub Timer2_Timer()
If MSComm1InBufferCount > 0 Then
'程序检查输入缓区中否数数
ju ju + 1
MSComm1InBufferCount 0
计数器Text 数量： + Str(ju) '显示接收字符串
'数读取指定文框Text属性
End If
End Sub
'*********************** 常速控制************************
Private Sub 常速_Click()
MSComm1Output D
zs 0
电机运行Text 电机运行状态： + Chr(13) + Chr(10) + + 步进启动 + Chr(13) + Chr(10) + 转速： + Str(zs0 + zs) + 转分 +
End Sub
'*********************** 计数器部分************************
Private Sub 计数停止_Click(Index As Integer)
MSComm1Output H
End Sub
'*********************** 加速控制************************
Private Sub 加速_Click()
MSComm1Output 9
zs zs + 1
电机运行Text 电机运行状态： + Chr(13) + Chr(10) + + 步进加速 + Chr(13) + Chr(10) + 转速： + Str(zs0 + zs) + 转分 +
End Sub
'*********************** 减速控制************************
Private Sub 减速_Click()
MSComm1Output C
zs zs 1
电机运行Text 电机运行状态： + Chr(13) + Chr(10) + + 步进减速 + Chr(13) + Chr(10) + 转速： + Str(zs0 + zs) + 转分 +
End Sub
'*********************** 停止控制************************
Private Sub 停止_Click(Index As Integer)
MSComm1Output B
zs 20
电机运行Text 电机运行状态： + Chr(13) + Chr(10) + + 步进停止 + Chr(13) + Chr(10) + 转速： + Str(zs0 + zs) + 转分 +
End Sub
Private Sub 退出系统_Click()
MSComm1PortOpen False
End
End Sub
'*********************** 串口设置部分************************
Private Sub Form_Load()
MSComm1Settings 9600n81
MSComm1InputLen 1 '设置返回次Input属性接收缓区读取字符数0时input读取接收缓区全部字符
MSComm1InputMode 0 '设置返回类型input属性检取文
MSComm1CommPort 1 '设置串口号1
MSComm1PortOpen True
End Sub
'************************日期时间显示部分*********************
Private Sub Timer1_Timer()
labyearText Year(Date)
labmonthText Month(Date)
labdayText Day(Date)
If Weekday(Date) 1 1 Then
labweekText
ElseIf Weekday(Date) 1 2 Then
labweekText 二
ElseIf Weekday(Date) 1 3 Then
labweekText 三
ElseIf Weekday(Date) 1 4 Then
labweekText 四
ElseIf Weekday(Date) 1 5 Then
labweekText 五
ElseIf Weekday(Date) 1 6 Then
labweekText 六
Else
labweekText 日
End If
labtimeText Hour(Now) & & Minute(Now) & & Second(Now)
End Sub
'*********************** 正转控制************************
Private Sub 正转_Click(Index As Integer)
MSComm1Output 8
电机运行Text 电机运行状态： + Chr(13) + Chr(10) + + 步进正转 + Chr(13) + Chr(10) + 转速： + Str(zs0 + zs) + 转分 +
End Sub
'*********************** 程序结束************************
附录二：单片机程序
#include
void Init_SPI (void)
void IsSendComplete(int addr)
void Init_CLK(void)
{
unsigned int i
BCSCTL1 0X00 寄存器容清零
XT2震荡器开启
LFTX1工作低频模式
ACLK分频子1
do
{
IFG1 & ~OFIFG 清OSCFault标志
for (i 0x20 i > 0 i)
}
while ((IFG1 & OFIFG) OFIFG) 果OSCFault 1
BCSCTL2 0X00 寄存器容清零
BCSCTL2 + SELM1 MCLK时钟源TX2CLK分频子1
BCSCTL2 + SELS SMCLK时钟源TX2CLK分频子1
}
void RessetMcp2510(void)
{
int i
CS_Enable()
for(i 10i > 0i)
复位命令
UART0_TX_BUF[0] (char)(0xC0)
nTX0_Len 1
设置中断标志进入发送中断程序
IFG1 | UTXIFG0
for(i 100i > 0i)
CS_Disable()
return
}
int GetStatusMcp2510(void)
{
int i
int nStatus 0
CS_Enable()
for(i 10i > 0i)
读状态命令
UART0_TX_BUF[0] 0xA0
nTX0_Len 1
设置中断标志进入发送中断程序
IFG1 | UTXIFG0
nRX0_Len 1
while(1)
{
if(nRev_UART0 1)
{
nRev_UART0 0
nStatus (int)(UART0_RX_BUF[0])
break
}
}
for(i 100i > 0i)
CS_Disable()
return nStatus
}
void BitModiMcp2510(char addrchar maskchar data)
{
int i
CS_Enable()
for(i 10i > 0i)
位修改送命令
UART0_TX_BUF[0] 0x05
UART0_TX_BUF[0] addr
UART0_TX_BUF[0] mask
UART0_TX_BUF[0] data
nTX0_Len 4
设置中断标志进入发送中断程序
IFG1 | UTXIFG0
for(i 100i > 0i)
CS_Disable()
return
}
void ReadMcp2510(int addrint nchar outBuf[])
{
int i
CS_Enable()
for(i 10i > 0i)
读命令
UART0_TX_BUF[0] 0x03
UART0_TX_BUF[0] addr
for(i 0i < ni++)
{
UART0_TX_BUF[i + 2] 0
}
nTX0_Len 2 + n
设置中断标志进入发送中断程序
IFG1 | UTXIFG0
接收数
nRX0_Len n
while(1)
for(i 100i > 0i)
CS_Disable()
return
}
void WriteMcp2510(int addrint nchar inBuf[])
{
int i
CS_Enable()
for(i 10i > 0i)
写命令
UART0_TX_BUF[0] 0x02
UART0_TX_BUF[0] addr
for(i 0i < ni++)
{
UART0_TX_BUF[i + 2] inBuf[i]
}
nTX0_Len 2 + n
设置中断标志进入发送中断程序
IFG1 | UTXIFG0
for(i 100i > 0i)
CS_Disable()
return
}
int ReceiveMsg(char outBuf[])
{
int i
int nFlag
int nDLC
char revBuf[16]
for(i 0i < 16i++)
{
revBuf[i] 0
}
BitModiMcp2510(CANINTF0x010x00)
ReadMcp2510(TXB0SIDH2revBuf)
nRecID_Hi revBuf[0]
nRecID_Lo revBuf[1] & 0xe0
return 1
}
附录三：电源模块原理图
附录四：单片机模块原理图
附录五：直流驱动模块原理图
附录六：步进电机驱动模块原理图
附录七：继电器控制模块原理图
致 谢
衷心感谢张根柱老师悉心指导知觉中十二周毕业设计已结束毕业文已整理完毕电路调试进展良毕业设计完成意味着学学生活结束进入新生旅途开始段崭新生活——工作衷心感谢做毕业设计期间帮助老师学
首先感谢指导老师张根柱老师力帮助支持整设计程中张老师局指导毕业设计进程百忙中抽空答疑解难帮分析讲解毕业设计中遇问题仅张老师私提供丰富学资源良学环境毕业设计带方便时完成毕业设计程中提供指导性意见受益匪浅外张老师渊博学识严谨治学态度教育终身受益衷心感谢张老师予帮助教育
外感谢予私帮助学程序编写调试程中予莫帮助真诚感谢
感谢母校——天津职业技术师范学校期间里留美回忆特踏工作岗位时毕业设计整程样锻炼机会加深前知识理解巩固拓宽知识面提高学知识综合应力母校说：母校三五载爱母校万年祝愿母校更加美
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目前国已开发出批具知识产权实时监控软件台先进控制软件程优化控制软件等成套应软件工程化产品化定突破破国外类应软件垄断格局通化工石化造纸等行业数百企业（装置）中应促进企业技术改造提高生产程控制水产品质量企业创造明显济效益
设计根工业控制现状电控技术智控制技术基单片机控制试验技术设计完成简单工业控制电路系统硬件台搭建着性工作稳定功强总体设计原采高性低功耗MPS430单片机核心传感器驱动器继电器等常工业控制设备作体然应VB程序设计完成数采集分析时VB程序带串口设计控件完成单片机串口发送指令设计应C语言程序设计写出单片机控制程序实现单片机步进电机直流电机启动停止加减速状态显示电路继电器开路断路控制模拟工业控制方式进行调试演示
关键词： MSP430F149L297L298N位机
ABSTRACT
At present our country has developed a with independent intellectual property rights of the realtime monitoring software platform advanced control software and process optimization control software engineering application software etc and product have breakthrough broke the foreign similar applications of monopoly pattern Through in chemical petrochemical and papermaking of hundreds of enterprise (device) promote enterprise's technical renovation improve the production process control level and product quality to create the obvious economic benefit
According to the design of the industrial control and intelligent control technology and electronic technology based on singlechip microcomputer control technology the design of the experiment of industrial control circuit is simple With the system hardware platform for reliable performance stable work powerful design principle the overall performance of low power consumption by MPS430 microcontroller as the core By the sensor drive relays and industrial control equipment as the main body Then VB programming complete data acquisition VB program design complete control own serial chip to send command Design of serial C programming language application and singlechip microcomputer control procedures realize the writing of stepping motor chip dc motor starting stopping deceleration status circuit breaker relays and continuity of control Finally simulation of industrial control way and demonstration debugging
Key Words：MSP430 F149 L297 NL298 NPlace of honor machine
1 引言
20世纪80年代初期诞生工业控制软件已20年发展历史工业控制位机软件相结合着PC机兴起断发展工业控制位机软件控制元化低功耗智化网络化集成化现代工业发展趋势
目前国已开发出批具知识产权实时监控软件台先进控制软件程优化控制软件等成套应软件工程化产品化定突破破国外类应软件垄断格局通化工石化造纸等行业数百企业（装置）中应促进企业技术改造提高生产程控制水产品质量企业创造明显济效益2000年九五国家科技攻关计划项目型骨干石化生产系统控制计算机应技术通验收
作工控软件重组成部分国机界面组态软件研制方面年取较进展软件硬件相结合企业测控体化提供较完整解决方案基础工业控制软件机界面基策略组态先进控制方发展
先进控制优化软件创造巨济效益软件身价倍增世界范围形成强流程工业应软件产业开发国具知识产权先进控制优化软件破外国产品垄断代进口具十分重意义
未工业控制软件继续标准化网络化智化开放性发展方
2 系统设计
21 设计求
1步进电机正反转加减速控制
2直流电机正反转加减速控制
3继电器闭合断开控制
4传感器输入检测
5位机进行数采集显示
6电脑控制电路
7常工业控制演示
22 开发设计思路
根工业控制现状电控技术智控制技术基单片机控制试验技术设计完成简单工业控制电路系统硬件台搭建着性工作稳定功强总体设计原采高性低功耗MPS430单片机核心传感器驱动器继电器等常工业控制设备作体然应VB程序设计完成数采集分析时VB程序带串口设计控件完成单片机串口发送指令设计应C语言程序设计写出单片机控制程序实现单片机步进电机直流电机加减速状态显示电路继电器开路断路控制模拟工业控制方式进行调试演示
23 系统方框图
图21系统方框图
3 MSP430F149单片机
31 MSP430F149核心芯片简介
图31 MSP430F149核心芯片
MSP430系列单片机美国德州仪器(TI)1996年开始推市场种16位超低功耗混合信号处理器(Mixed Signal Processor)称混合信号处理器针实际应需求许模拟电路数字电路微处理器集成芯片提供单片解决方案
32 MSP430 单片机发展
MSP430 系列 16 位具精简指令集超低功耗混合型单片机 1996 年问世具极低功耗丰富片外设方便灵活开发手段已成众单片机系列中颗耀眼新星回忆 MSP430 系列单片机发展程出样三阶段：
开始阶段 1996 年推出 MSP430 系列开始 2000 年初阶段首先推出 33X 32X 31X 等系列 2000 年初推出 11X 11X1 系列
MSP430 33X 32X 31X 等系列具 LCD 驱动模块提高系统集成度较利系列 ROM 型（ C ） OTP 型（ P ） EPROM 型（ E ）等芯片 EPROM 型价格昂贵运行环境温度范围窄样机开发表明系列开发模式：户 EPROM 型开发样机 OTP 型进行批量生产 ROM 型适应批量生产产品
2000 年推出 11X11X1 系列系列采 20 脚封装存容量片功 IO 引脚数较少价格较低廉
时期 MSP430 已显露出特低功耗等系列技术特点意处许重特性：片串行通信接口硬件法器足够 IO 引脚等 33X 系列具备 33X 系列价格较高较适合较复杂应系统户设计需更考虑成时 33X 定适合片高精度AD 转换器 32X 系列
寻找突破引入Flash技术 着 Flash 技术迅速发展 TI 公司技术引入 MSP430 系列中 2000 年 7 月推出 F13XF14X 系列 2001 年 7 月 2002 年相继推出 F41X F43X F44X 全部 Flash 型单片机
F41X 单片机目前应较广单片机 48 IO 口 96 段 LCD 驱动 F43X F44X 系列 13X 14X 基础增加液晶驱动器驱动 LCD 段数 3XX 系列 120 段增加 160 段相应调整显示存储器存储区址发展拓展空间
MSP430 系列具 Flash 存储器系统设计开发调试实际应表现出较明显优点 TI 公司推出具 Flash 型存储器 JTAG 边界扫描技术廉价开发工具 MSPFET430X110 国际先进 JTAG 技术 Flash 线编程技术引入 MSP430
种 Flash 技术 FET 开发工具组合开发方式具方便廉价实等优点户提供较理想样机开发方式
外 2001 年 TI 公司公布 BOOTSTRAP LOADER技术利烧断熔丝根线更改运行部程序系统软件升级提供方便手段 BOOTSTRAP 具高保密性口令达 32 字节长度
蓬勃发展阶段 前阶段引进新技术部进行调整 MSP430 功扩展良基础 TI 公司 2002 年底 2003 年期间陆续推出 F15X F16X 系列产品
新系列中两方面发展存储器方面说 RAM 容量增加 F1611 RAM 容量增加 10KB 样希实时操作系统（ RTOS ）引入 MSP430 会 RAM 够发愁二外围模块说增加 I 2 C DMA DAC12 SVS 等模块
2003 年中 TI 公司推出专门电量计量 MSP430FE42X 水表气表热表具磁传感模块 MSP430FW42X 单片机相信 MSP430 开放性基架构新技术应新 MSP430 产品品种必会断出现
33 MSP430 单片机特点
MSP430 系列单片机迅速发展应范围断扩取决特点
强处理力 MSP430 系列单片机 16 位单片机采精简指令集（RISC）结构具丰富寻址方式（ 7 种源操作数寻址 4 种目操作数寻址）简洁 27 条核指令量模拟指令量寄存器片数存储器参加种运算高效查表处理指令较高处理速度 8MHz 晶体驱动指令周期 125 ns 特点保证编制出高效率源程序
运算速度方面 MSP430 系列单片机 8MHz 晶体驱动实现 125ns 指令周期 16 位数宽度 125ns 指令周期功硬件法器（实现加）相配合实现数字信号处理某算法（ FFT 等）
MSP430 系列单片机中断源较意嵌套时灵活方便系统处省电备状态时中断请求唤醒 6us
超低功耗 MSP430 单片机超低功耗降低芯片电源电压灵活控运行时钟方面独处
首先 MSP430 系列单片机电源电压采 18~36V 电压 1MHz 时钟条件运行时 芯片电流会 200~400uA 左右时钟关断模式低功耗 01uA
次独特时钟系统设计 MSP430 系列中两系统时钟系统：基时钟系统锁频环（ FLL FLL+ ）时钟系统 DCO 数字振荡器时钟系统晶体振荡器（ 32768Hz ） 两晶体振荡器系统时钟系统产生 CPU 功需时钟时钟指令控制开关闭实现总体功耗控制
系统运行时开功模块采工作模式芯片功耗着显著系统中种活动模式（ AM ）五种低功耗模式（ LPM0~LPM4 ）等方式耗电 07uA 节电方式低达 01uA
系统工作稳定电复位首先 DCOCLK 启动 CPU 保证程序正确位置开始执行保证晶体振荡器足够起振稳定时间然软件设置适寄存器控制位确定系统时钟频率果晶体振荡器做 CPU 时钟 MCLK 时发生障 DCO 会动启动保证系统正常工作果程序跑飞门狗复位
丰富片外围模块 MSP430 系列单片机成员集成较丰富片外设分门狗（ WDT ）模拟较器 A 定时器 A （ Timer_A ）定时器 B （ Timer_B ）串口 0 1（ USART0 1 ）硬件法器液晶驱动器 10 位 12 位 ADC 16位SigmaDelta AD直接寻址模块（ DMA ）端口 O （ P0 ）端口 1~6 （ P1~P6 ）基定时器（ Basic Timer ）等外围模块组合中门狗程序失控时迅速复位模拟较器进行模拟电压较配合定时器设计出 AD 转换器 16 位定时器（ Timer_A Timer_B ）具捕获 较功量捕获 较寄存器事件计数时序发生 PWM 等器件更具实现异步步址访问串行通信接口方便实现机通信等应具较 IO 端口达 6*8 条 IO 口线 P0 P1 P2 端口够接收外部升降中断输入 1214 位硬件 AD 转换器较高转换速率高达 200kbps 够满足数数采集应直接驱动液晶达 160 段实现两路 12 位 DA 转换硬件IIC串行总线接口实现存储器串行扩展增加数传输速度采直接数传输（ DMA ）模块 MSP430 系列单片机片外设系统单片解决方案提供极方便
方便高效开发环境 目前 MSP430 系列 OPT 型 FLASH 型 ROM 型三种类型器件器件开发手段 OPT 型 ROM 型器件仿真器开发成功烧写掩膜芯片 FLASH 型十分方便开发调试环境器件片 JTAG 调试接口电擦写 FLASH 存储器采先载程序 FLASH 器件通软件控制程序运行 JTAG 接口读取片信息供设计者调试方法进行开发种方式需台 PC 机 JTAG 调试器需仿真器
编程器开发语言汇编语言 C 语言
MSP430 单片机目前 FLASH 型
1适应工业级运行环境 MSP430 系列器件均工业级运行环境温度 40~+ 85 摄氏度 设计产品适合工业环境
2微控制器相 MSP430系列延长电池寿命
36us启动时间启动更加迅速
4ESD保护抗干扰力强
5低电压供电
6达64KB寻址空间包含 ROMRAM 闪存 RAM外围模块计划扩 1MB
7通堆栈处理中断子程序调层次限制
8仅3种子令格式全部正交结构
9做1字指令
10源操作数7种寻址模式目操作数 4种寻址模式
11外部中断引脚：IO口具中断力
12中断优先级：时发生中断优先级处理
13嵌套中断结构：中断服务程中次响应中断
14外围模块址存储器分配：全部寄存器占 RAM空间均模块
定时器中断事件计数时序发生PWM等
15门狗功
16AD转换器（10位更高精度）
17正交指令简化程序开发：指令意寻址模式
18已开发C编译器
19模块设计思想：模块采存储器分配
20MSP430 全部工业级 16 位 RISC MCU
34 MSP430 89C51系列较
国数读者89C51系列单片机熟悉加深 MSP430系列单片机认识妨两者进行较
首先89C51单片机 8 位单片机指令采称 CISC 复杂指令集具 111 条指令 MSP430 单片机 16 位单片机采精简指令集（ RISC ）结构简洁 27 条指令量指令模拟指令众寄存器片数存储器参加种运算核指令均单周期指令功强运行速度快
次89C51单片机身电源电压5 V两种低功耗方式：机方式掉电方式正常情况消耗电流24mA 机状态耗电电流 3mA 掉电方式电源电压降2V保存部RAM中数需提供约50uA 电流MSP430系列单片机低功耗方面优越处89C51系列拟正 MSP430更适合应电池供电仪器仪表类产品中
者89C51系列单片机部总线8位部功模块基 8 位然种努力部功模块显著增加受结构身限制尤模拟功部件增加更显困难 MSP430系列基架构16位时部数总线转换存8位总线加身混合型结构样开放型架构说扩展8位功模块16位功模块扩展模数转换数模转换类功模块方便什MSP430系列产品中功部件迅速增加原
开发工具面89C51说早进入中国单片机熟悉加国方士努力创造少适合开发工具实现线编程问题MSP430系列言引进Flash型程序存储器JTAG技术仅开发工具变简便价格相低廉实现线编程
35 应种MSP430
参数搜索您应找合适MSP430产品MSP430产品系列类型描述
MSP430F5xx 基闪存 MCU 提供 12 V 36 V工作电压高达 256kB闪存高25MIPS时钟系统置4USCI模块
MSP430F4xx基闪存 MCU 提供 18 V 36 V工作电压高达 60kB 闪存ROM8MIP（带 FLL + SVS） 置LCD Driver
MSP430F2xx基闪存 MCU 提供 18 V 36 V工作电压掉电复位 16MIP（带基时钟）
MSP430F1xx 基闪存 ROM MCU 提供 18 V 36 V工作电压高达 60kB8MIP（带基时钟）
MSP430类现场16位数线FLASH存储器单片机该单片机丰富片资源高速高精度深受广单片机爱者青睐设计充分利资源实现AD转换机通信外存实时时钟PWM波形函数发生器较器测量定时器捕获测量周期8M方波产生硬件法器等等通设计PCB板应量工业动控制中实现低功耗低辐射低污染控制
36 开发环境程序载
开发环境EW23环境进行编程汇编连接C—SPY环境进行调试载连接调试前通计算机串口载关环境操作参考关资料中遇问题解决方法
1汇编源程序言必须开源文件汇编连接工程文件言连接工程文件源代码(包括源文件)数定位连接必须开工程文件连接
2连接中必须库文件路径改正确必须选定C—SPY驱动方式project中optionsxlinkinclude修改(先选中)xcl库路径 TOOLKIT_DIR\icc430\msp430F149Axcl 选择C—SPY 驱动drivesimulatorFLASH EMULATION TOOL 没连接430片子时选simulator连接430片子时选 FLASH EMULATION TOOL进行线载调试
3430支持汇编语言C语言两种语言工程文件 中时两种语言建议汇编语言便调试时寻找逻辑指令联系址定位正确否
4线C—SPY 调试中单步需ControlReatime前勾取消进行单步测试
5线调试时58 脚（复位非屏蔽中断）外部变高否会强制退出调试环境
程序载原理脱机工作原理程序线调试通JATG口F149片子 RSTTCKTDITDOTMS引脚定时序串行传递程序代码数调试指令命令传递通数线控制线传递中址0FFFEH复位量址程序遇非屏蔽中断程序启动首址址中存放程序段开始首址必须程序段首址标号表示中断量中程序伪指令开头位置否连接时会出错具体 表示方法节中表示
程序载线调试电源通计算机JATG提供须外加电源
37 MSP430F149单片机功介绍
371 MSP430F149输入输出口
MSP430F14968位P口中P1P2口占两中断量接16中断源直接利P口输入输出寄存器直接外进行通信P口外设复端口前功选择寄存器选定功外设P口选定方寄存器中确定输出输入实验程序前部分实现中断功程序部分中断程序实现直接P口外提供短脉程序设计开发板中专门利P口输入输出功外存24WCXX实时时钟芯片8563数通存取I2C总线读取写入利P口电池充电开启电路
372 定时器数模转换
图32定时器数模转换
MSP430中两16位定时器利门狗定时器定时器16位秒数量级定时具2中断量便处理种定时中断定时器应F149中具举足轻重作利MSP430F149中定时器较模式产生PWM（数字脉调制）波形低通滤波器产生意函数波形说通定时器较模式实现数模转换功外定时器具捕获模式通定时器捕获功实现种测量脉宽度测量果较器结合测量电阻电容电压电流温度等样说通传感转换时间长度通定时器捕获定时功实现值测量开发板中利定时器设计
PWM滤波输出函数发生器外利定时器捕获功较器较功测电阻电容较器测电阻实验程序时序： 程序设计流图 图32：
373 时钟模块
MSP430F149时钟选择包括部DCO时钟外两外部时钟部时钟参数见参考资料中高达1042KHZ外部接两时钟接钟表晶振标准晶振接高时钟频率8MHZ晶振8M单片机高工作频率晶振选择参考资料介绍清楚重复基础时钟控制需相应控制寄存器写入相应控制位产生需时钟相应端口测时钟频率做实验控制部时钟149端口测相应频率开启时钟频率时钟继续存写入停止止
374 USART通信模块
通串行步异步通信模块MSP430F149机通信通USART口连接RS202RS485驱动芯片实现单片机计算机工作电匹配串行通信MSP430F149具两通信口分RS202RS485串行通信MSP430步异步两种方式种方式独立帧格式控制寄存器需需帧格式写入相应寄存器实现机通信MSP430波特率产生较异步通信模式较毕业设计中实验异步通信模式异步通信模式中MSP430波特率产生独特方式实现种波特率产生克服单片机波特率受限缺点外异步模式中根需分线路空闲机模式址位机模式果两机通信线路空闲较线路空闲机模式较开发板中测试程序实现通RS202计算机超级终端串行口相连测试程序说MSP430波特率发生器较特着重讨波特率发生器波特率发生器波特率选择寄存器调整控制寄存器产生串行数位定时
波特率BRCLK(UBR+(M7+M6+M5+M4+M3+M2+M1+M0))中BRCLK晶振频率UBR分频子整数晶振频率波特率整数部分调整位分写UMCTL中果置位应时序时间波特率分频器输入时钟扩展时钟周期接受发送位调整控制寄存器位决定前位定时时间
协议第位定时URB加M0决定位UBR加M1决定类推调整位取01取决前分频子需分频子差距果05取1果05取0
375 较器模块
较器应MSP430中广做转换电压量测量果加定时器捕获功较器途会更广较器应定时器章已实验证明述点必须说明
1较器属硬件型然准确软件控制造成时间误差存段时间振荡造成测量误差精确
2较器参考电方便加超片子高电压33V 否正常工作
3较器应放心开发板中较器输入端口加电阻稳压嵌位二极高压负压时芯片保护
376 模数转换模块
MSP430F149单片机中集成14路12位AD转换中8路属外部信号转换3路部参考电压检测转换1路接温控传感电压转换路转换控制转换存储器参考电时钟源选择外部提供带灵活性原理般积分逐次较等AD转换原理输入信号加AD电容网络通电容充电采样信号进行AD转换时序纳图33：
AD转换时序具体注意事项参数点必须注意方
1MSP430F149采加载信号电容充电采样必须定采样时间达定精度时间溢出否会出现时间溢出中断测定采样开始需13ADC12CLK周期延时实验时采单步较精确测量全速时需延时测量否采样结果0
2采样结束转换开始需控制程ADC12CTL0ENCADC12SC时置1表明采样结束转换开始测试中ADC12CTL0控制位重复次达开始转换
3外部参考电压时转换公式NADC4095*（Vin—Vr）（Vr+—Vr）
图33模数转换模块
4低三位电阻性精度需次测量取均值
5果采外参考电压认悬空0V必须加电压0v必须加否转换 具体AD采样程序结果PCB测试中较详细结果
次毕业设计中务设计芯片开发板够供考虑F149资源设计外围模块功图：
图34 外围模块功图
面分模块介绍模块原理（标示见原理图）调试程序结果：外存实时
考虑单片机时需实时时钟外存设计加8563实时时钟芯片24WCxx片外存储采I2C 总线结构传送数时钟通P46传送SCL时钟信号P45传送址控制应答数信号8563接32767HZ晶振产生实时时钟R32R31提拉电阻856324WCxx中输出数设计中片外存储芯片址10100008563读芯片址
1010011写址1010010关I2C 总线帧结构：
图35 帧结构图
调试程序流图帧结构序样重复调试程序见设计程序调试结果：外存中10000000址写入10101010字节数读出然10101010表明外存读写正确8563读写样I2C 总线重时序正确编程重点外读信号时注意启动先写片选址送写信号等应答送读址然启动送片选址送读信号等应答址数写时序样
377 485232通讯模块
单片机通讯时需转换电485232电驱动开发板中MAX202EMAX485芯片作驱动MAX202芯片实现短距离通信属单端驱动方式15V~+15V 电压转换0~5V电压速率达20K输出电流达500mA实现TTL—EIA电转换MAX202芯片全双工引脚全MAX202芯片输出 5v电压430芯片3V电压需RM3RM4组成分压电路受430阻MAX202输出电流影响RM3RM4分取2千欧3千欧时分压电压刚达电压3V取RM3RM42千欧3千欧注RS—232
电规定3V— 15V1+3V—+15V0RS—485电属衡电通两路较决定正负RU4起连接两路作半双工电路需端口 启动电5V需加CM1RC7微分电路产生较驱动信号时P10口发出1电CM1RC7微分输出MAX485电尖峰信号驱动RM1RM2分压电路RM3RM4分压原理样MAX232MAX485分接430USART1USART0实现机通信调试中430计算机超级终端相连实现测试原理：
图36 通讯接口连接图
图37 调试程序流图
调试结果出发送正确性出430达波特率意性灵活实调试中注意
1发送字符熟悉字符否认正确实际正确开始发送FFH字符收符号发错改31H时收1知道发送正确
2超级终端需流量控制改
3波特率合适时发生中断请求
4接收控制寄存器中没时钟源选定需发送控制寄存器中确定时钟源
38 MSP430F149单片机控制部分原理图
见（附录四）
4 控制部分介绍
41 直流电机控制部分
411 恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N
L298N芯片脚图：
图41 L298N芯片脚图
L298SGS(通标标准技术服务限公司)公司产品较常见15脚Multiwatt封装L298N部包含4通道逻辑驱动电路种二相四相电机专驱动器含二H桥高电压电流双全桥式驱动器接收标准TTL逻辑电信号驱动46V2A电机引脚排列图中示
L298N引脚9LOGIC SUPPLY VOLTAGE Vss逻辑供应电压引脚4SUPPLYVOLTAGE Vs驱动部分输入电压Vss电压求输入电压45V达36VVs电压值36V实验Vs电压应该Vss电压高否时会出现失控现象
引脚231314L298N芯片输入电动机输出端中引脚23控制两相电机直流电动机控制电动机理引脚1314控制直流电动机引脚611脚电动机接线脚引脚571012单片机输入L298N芯片输入引脚表输入引脚输出引脚逻辑关系
表41
表41 输入引脚输出引脚逻辑关系
EN A（B）
IN1（IN3）
IN2（IN4）
电机运行情况
H
H
L
正转
H
L
H
反转
H
IN2（IN4）
IN1（IN3）
快速停止
L
X
X
停止
控制引脚ENA者ENB实现PWM脉宽速度调整
1脚15脚单独引出连接电流采样电阻器形成电流传感信号直接接设计中直接接
引脚8芯片接引脚L298N芯片散热片连接起芯片工作电流较发热量较芯片散热片连接块铝合金增散热面积
该芯片参数：
1逻辑部分输入电压：6～7V
2驱动部分输入电压Vs：48～46V
3逻辑部分工作电流Iss：≤36mA
4驱动部分工作电流Io：≤2A
5耗散功率：25W（T75℃）
6控制信号输入电：高电：23V≤Vin≤Vss低电：03V≤Vin≤15V
7工作温度：25℃～＋130℃
8驱动形式：双路功率H桥驱动
L298SGS公司产品较常见15脚Multiwatt封装L298N部样包含4通道逻辑驱动电路方便驱动两直流电机两相步进电机L298N接受标准TTL逻辑电信号VSSVSS接4．5～7 V电压4脚VS接电源电压VS电压范围VIH＋2．5V～46 V输出电流达2．5 A驱动电感性负载1脚15脚发射极分单独引出便接入电流采样电阻形成电流传感信号L298驱动2电动机OUT1OUT2OUT3OUT4间分接电动机实验装置选驱动台电动机571012脚接输入控制电控制电机正反转EnAEnB接控制端控制电机停转
412 直流电机驱动电路原理
图42直流电机驱动电路原理图
控程序控制脚达控制电机正反转目
提高机器循线成功系数采PWM进行机器运转速度控制两传感器感知引导线条点亮指示灯准备做出改变机器行进方响应时程序PWM控制降低电机转速实现滑转程
PWM调速基原理思想通反复循环改变ONOFF时间分配机器法助循环处理实现PWM需通中断处理方式实现设计89S51两定时器实现需定时器设定中断周期PWM频率请注意PWM频率时达数十千赫兹满足滑控制求产生弊端中断次数导致CPU部分时间处理中断实时检测控制快响应处理电机存变化速率匹配问题妨通断尝试适改变述设定值便佳效果
413 直流电机PWM调速电路
1 PWM控制芯片SG3525功简介
着电变换技术发展功率MOSFET开关变换器中开始广泛美国硅通半导体公司（Silicon General）推出SG3525SG3525驱动N沟道功率MOSFET产品推出受广泛评SG3525系列PWM控制器分军品工业品民品三等级面SG3525特点引脚功电气参数工作原理典型应进行介绍SG3525电流控制型PWM控制器谓电流控制型脉宽调制器接反馈电流调节脉宽脉宽较器输入端直接流输出电感线圈信号误差放器输出信号进行较调节占空
图43 PWM信号输出电路
输出电感峰值电流误差电压变化变化结构电压环电流环双环系统开关电源电压调整率负载调整率瞬态响应特性提高目前较理想新型控制器SG3525引脚功特点简介原理图图：
图44 PWM控制芯片SG3525
1Invinput(引脚1)：误差放器反输入端闭环系统中该引脚接反馈信号开环系统中该端补偿信号输入端（引脚9）相连构成器
2Noninvinput(引脚2)：误差放器输入端闭环系统开环系统中该端接定信号根需该端补偿信号输入端（引脚9）间接入类型反馈网络构成例例积分积分等类型调节器
3Sync(引脚3)：振荡器外接步信号输入端该端接外部步脉信号实现外电路步
4OSCOutput(引脚4)：振荡器输出端
5CT(引脚5)：振荡器定时电容接入端
6RT（引脚6）：振荡器定时电阻接入端
图45 SG3525部结构图
7Discharge(引脚7)：振荡器放电端该端引脚5间外接放电电阻构成放电回路
8SoftStart(引脚8)：软启动电容接入端该端通常接5 软启动电容
9Compensation(引脚9)：PWM较器补偿信号输入端该端引脚2间接入类型反馈网络构成例例积分积分等类型调节器
10Shutdown(引脚10)：外部关断信号输入端该端接高电时控制器输出禁止该端保护电路相连实现障保护
11Output A（引脚11）：输出端A引脚11引脚14两路互补输出端
12Ground(引脚12)：信号
13Vc(引脚13)：输出级偏置电压接入端
14Output B（引脚14）：输出端B引脚14引脚11两路互补输出端
15Vcc（引脚15）：偏置电源接入端
16Vref(引脚16)：基准电源输出端该端输出温度稳定性极基准电压
特点：
（1）工作电压范围宽：8V—35V
（2）51（1 10）V微调基准电源
（3）振荡器工作频率范围宽：100Hz—400KHz
（4）具振荡器外部步功
（5）死区时间调
（6）置软启动电路
（7）具输入欠电压锁定功
（8）具PWM琐存功禁止脉
（9）逐脉关断
（10）双路输出（灌电流拉电流）： mA(峰值)
SG3525工作原理
SG3525置51V精密基准电源微调 10误差放器模输入电压范围须外接分压电组SG3525增加步功工作模式外部系统时钟信号步设计提供极灵活性CT引脚Discharge引脚间加入电阻实现死区时间调节功SG3525部集成软启动电路需外接定时电容SG3525软启动接入端（引脚8）通常接5 软启动电容电程中电容两端电压突变软启动电容接入端相连PWM较器反输入端处低电PWM较器输出高电时PWM琐存器输出高电该高电通两非门加输出晶体法导通软启动电容充电电压引脚8处高电时SG3525开始工作实际中基准电压通常接误差放器相输入端输出电压采样电压加误差放器反相输入端输出电压输入电压升高负载变化升高时误差放器输出减导致PWM较器输出正时间变长PWM琐存器输出高电时间变长输出晶体导通时间终变短输出电压回落额定值实现稳态反然外接关断信号输出级软启动电路起作Shutdown（引脚10）信号高电时PWM琐存器立动作禁止SG3525输出时软启动电容开始放电果该高电持续软启动电容充分放电直关断信号结束重新进入软启动程注意Shutdown引脚悬空应通接电阻接防止外部干扰信号耦合影SG3525正常工作欠电压锁定功样作输出级软启动电路果输入电压低SG3525输出关断时软启动电容开始放电外SG3525具功什原造成PWM脉中止输出中止直时钟信号PWM琐存器复位
414 控制直流电机程序设计流程
图45控制直流电机程序设计流程
42 步进电机控制部分
421 进电机驱动电路原理
图46 步进电机驱动电路原理
步进电机数字控制电机脉信号转变成角位移脉信号步进电机转动角度非常适合单片机控制步进电机分反应式步进电机（简称VR）永磁式步进电机（简称PM）混合式步进电机（简称HB）
1步进电机特点：
(1)通输入脉信号进行控制
(2)电机总转动角度输入脉数决定
(3)电机转速脉信号频率决定
2．步进电机驱动电路
根控制信号工作控制信号单片机产生(者信号源)
3．基原理作表：
表42两相四拍工作模式时序表
步进电机
信号输入
第步
第二步
第三步
第四步
返回第步
正转
IN1
0
1
1
1
返回
IN2
1
0
1
1
返回
IN3
1
1
0
1
返回
IN4
1
1
1
0
返回
反转
IN1
1
1
1
0
返回
IN2
1
1
0
1
返回
IN3
1
0
1
1
返回
IN4
0
1
1
1
返回
4．控制换相序
(1)通电换相程称脉分配
例：
(2)两相四线步进电机四拍工作方式相通电序(ABA’－B’)次循环 (通电控制脉必须严格序分控制AB相通断)
5．两相四线步进电机四拍工作方式相通电序
(A－AB－B－BA’－A’－A’B’B’－B’A)次循环(出力矩稳噪音减少角度等方面考虑采八拍工作方式)
(1)控制步进电机转
果定工作方式正序换相通电步进电机正转果反序通电换相电机反转
：正转通电序：（ABA’－B’ 次循环）反转通电序：（BA’B－A次循环）
(2)控制步进电机速度
果步进电机发控制脉转步发脉会转步两脉间隔越短步进电机转越快调整单片机发出脉频率步进电机进行调速（注意：果脉频率速度电机反应速度步进电机会出现失步现象）
422 NE555脉产生器电路
图47 NE555脉产生器电路
555定时器（称时基电路）模拟数字混合型集成电路工艺分双极型CMOS型两类应非常广泛
555定时器组成功
图555定时器部组成框图两高精度电压较器A1A2RS触发器放电三极三5KΩ电阻分压器构成
555定时器组成框图
引脚功：
1脚：外接电源负端VSS接般情况接
8脚：外接电源VCC双极型时基电路VCC范围45 ~ 16VCMOS型时基电路VCC范围3 ~ 18V般5V
3脚：输出端Vo
2脚：低触发端
6脚：TH高触发端
图48 555定时器组成框图
4脚：直接清零端端接低电时基电路工作时TH处电时基电路输出0该端时应接高电
5脚：VC控制电压端端外接电压改变部两较器基准电压该端时应该端串入001μF电容接防引入干扰
7脚：放电端该端放电集电极相连做定时器时电容放电
1脚接5脚未外接电压两较器A1A2基准电压分13VCC23VCC情况555时基电路功表表4—3示
表43 555定时器功表
清零端
高触发端TH
低触发端
Qn+1
放电T
0
0
导通
1
0
导通
1
1
截止
1
Qn
变
555定时器应
1构成谐振荡器
555定时器构成谐振荡器电路工作波形图49示
图49 谐振荡器电路工作波形
2谐振荡器电路工作波形
接通电源假定Vo截止电容C充电充电回路VCC—R1—R2—C—Vo指数规律升Vc23VCC端电23VCC）输出Vo翻转低电Vo低电T导通C放电放电回路C—R2—T—Vc指数规律降Vc降13VCC13VCC转高电放电T截止电容次充电周复始产生振荡分析：
输出高电时间
输出低电时间
振荡周期
输出方波占空
423 控制步进电机程序设计流程
图410控制步进电机程序设计流程
43 继电器控制部分
431 继电器控制部分电路原理
图411继电器控制部分电路原理图
电路原理
电路四路继电器控制原理图继电器光耦直接驱动继电器控制直流24V交流110V电流10负载单片机输出低电信号时光耦发光二极正导通发光二极亮做信号输出指示光耦34两脚导通驱动继电器线圈吸合带动继电器触点常开点闭合常闭点断开图中整流二极作需流保护保护继电器线圈反正单片机输出高电信号光耦发光二极截止光耦34脚截止继电器线圈电保持常态
5 VB软件设计
51 VB60软件介绍
Visual basic Basic语言基础发展起Basic语言简单贫乏优点
1Basic语言发展历史
Basic相计算机编程语言说成古老编程语言初美国计算机科学家John kemenyThomas Kurtz设计诞生1964年迄止历40年间历GWBasicTrue BasicTurbo BasicQuick Basic C等版着Windows 流行微软工程师着眼未改进Quick Basic基础开发Visual Basic第版Visual Basic 发收拾世界许程序员爱微软1991年推出Visual Basic 101992年1993年1995年1997年1998年接连发布Visual Basic 20 30 405060版
2Visual Basic特点
Visual Basic种视化面象采事件驱动方式结构化高级程序设计语言开发Windows环境类应程序
(1)视化编程
传统程序化设计语言相Visual Basic提供视化设计工具程序员编写量界面代码犯愁取代需屏幕布局设计求系统提供工具屏幕面画出种图形象设置图形象属性Visual Basic会动产生界面代码提高程序设计效果
(2)面象程序设计
Visual Basic 40 版支持面象程序设计般面象程序设计语言入C++完全样设计象时必编写建立描述象程序代码工具画界面Visual Basic动生成象程序代码封装起象图形方式显示界面视
(3)结构化程序设计语言
Visual BasicQuick Basic基础发展具高级程序设计语言语句结构接然语言类逻辑思维方式语言简单易懂
Visual Basic解释型语言输入代码时解释系统高级语言分解翻译成计算机识机器指令判断语句语法错误设计Visual Basic程序程中时运行程序整应程序设计编译生成执行文件脱离Visual Basic环境直接Windows环境运行
(4)事件驱动编程机制
Visual Basic通事件执行象操作象会事件例鼠标单击窗体鼠标窗体移动改变窗体等Visual basic事件驱动思想果户单击窗体会触发窗体单击事件事件编程员写入代码会执行果单击窗体窗体单击事件永远会触发里面程序会执行开发型软件时必建立具明显开始结束程序编写干微子程序程程分面象户操作触发某事件驱动执行某种特定功者事件驱动程序调通程执行指定操作样方便编程员提高工作效率
(5)数库访问
Visual Basic具强数库理功利数控件视化数理器窗口直接建立活处理Microsoft Access格式数库时黑访问FoxProParadox等外部数库
52 功介绍
1四路继电器闭合断开钮
2四路继电器输出状态显示
3步进电机控制键
4步进电机状态显示
5串口通讯状态设置
6计数输入显示
7时间日期显示
53 位机面板控制界面
图51位机面板控制界面
54 位机程序
见（附录）
6 单片机程序设计
61 单片机编程思想
系统采MSP430Fxx系列单片机款16位超低功耗单片机部采哈佛结构样处理数力提高位机软件中设置继电器开合控制继电器状态显示直流电机启动停止控制步进电机启动停止正转反转加速减速控制步进电机运行状态实时显示外部信号采集数显示数通信PC机串口单片机串口通信完成位机电源模块单片机控制模块直流电机驱动模块步进电机驱动模块继电器控制模块PWM信号产生模块NE555脉产生模块部分组成实现位机通信驱动步进电机手动控制调速功
62 单片机程序流程图
图52 单片机程序流程图
63 单片机程序
见（附录二）
7 调试结果
71 调试程
设计调试分三部分硬件调试软件调试软硬连调
硬件调试：设计电路原理图根原理图焊接电路调试记录参数焊接电源电路输出稳定滑12V5V33V直流电直流电机驱动电路设计实现直流电机PWM调速正反转工作电流15APWM信号单片机产生外部PWM信号模块产生步进电机驱动电路L297L298N两芯片组合驱动步进电机实现正反转加减速工作模式等功速度外部NE555脉电路产生调脉信号控制继电器采光电隔离光耦直接驱动继电器做相应需流保护
软件调试：程序运C语言进行编写次设计中IAR Embedded Workbench软件进行C语言编写调试IAR Embedded Workbench单片机C语言调试工具编译程中信息出现输出窗口中Build页中果源程序中语法错误会错误报告出现双击该行定位出错位置源程序修改次编译直没错误警告出现该软件支持线仿真点击菜单栏中Debug项开相应数寄存器点击运行观测数变化情况十分方便
软硬连调：硬件调试软件调试然完成意味着整系统求运行必须进行软硬连调硬件连接利软件仿真功实时调试通实验板现象初步判断程序存问题举例子刚开始时候观测单片机实验板显示数闪烁太快估计延时程序延时值设置恰修改中果然效果
位机程序调试两台电脑串口互连通串口调试助手调试
72 结果
程序设计完成运制Debug载线程序载MSP430F149单片机中采+12V电源供电测试结果：
1电源模块输出稳定滑12V5V33V直流电
2硬件电路正常接受数程序求执行
3PC机软件部分运行稳定够正常通电脑串行数接口发送数
结
通半学期全心投入辛苦努力终完成功工业控制台系统设计设计程综合运学知识学新知识程验足难免出现失误样次毕业设计说次难锻炼机会积累许宝贵验
文汽车实验台电路控制系统工作原理进行分析全面详细阐述功工业控制台系统设计程实验台已达实训教学求设计留进步改善余完成更实验项目系统抗干扰力进步提高电脑软件运行更加稳定
毕业设计整开发程曲折首先硬件设计开始工业控制系统熟悉加电气电子结合产品设计程中免困难通方面查找资料断老师学请教结合网络资源终找出较完善方案理够实现功求月前期学积累关单片机方面VB60软件设计方面资料电路整合基概念设计出总电路图断测试修改终完善硬件电路设计
软件设计前编程验够加MSP430芯片解彻底方面花费精力时间然程乏老师学帮助非常感谢实验室学帮助软件调试程中关重帮助非常建议
然理实践方面存定足设计思路实现功难免足没想方请位老师予指正感谢予帮助老师学
参考文献
[1] 李青单片机原理接口技术北京北京航空航天学出版1999
[2] 徐维祥单片微型机原理应连连理工学出版1996
[3] 曹巧媛单片机原理应武汉电子工业出版社1997
[4] 李广弟单片机基础北京北京航空航天学出版1994
[5] 谢兴红MSP430单片机基础实践北京清华学出版社2008
[6] 刘守义智卡技术西安西安电子科技学出版社2004
[7] 求科技 单片机典型模块设计实例导航北京民邮电出版社2004
[8] 源江科技编著 VB编程技巧280例海海科学普出版社2002
[9] 谢 楷MSP430系列单片机系统工程设计实践机械工业出版社2009
[10] 龚沛增Visual Basic 程序设计教程北京清华学出版社2004
[11] 谭浩强Visual BASIC程序设计北京清华学出版社2000
[12] 刘新民Visual Basic 60程序设计北京清华学出版社2004
[13] 罗盛Visual Basic 程序设计教程西安民邮电出版社2005
[14] 刘炳文Visual Basic 程序设计教程北京清华学出版社2000
[15] 刘玮 Access数库项目案例导航北京清华学出版社2005
[16] 神龙工作室编著 Access 2003公司数库理范例应西安民邮电出版社2006
[17] 沈建蓉 单贵 学VB程序设计实践教程海复旦学出版社2006
[18] EH ArmstrongThe superheterodyneits origin development and some recent improvements[C] ProIREvol198356(18)152155
[19] Sha ZhanyouPang ZhifengWang YanPeng The Application of PhaseLocked Technology In the Electronic Measuring Field ICEMI’2001
附录：位机程序
'*********************** 初始化定义************************
Public zx As String
Public zs
Public ju
Const zs0 20
Const js 0
*********************** 串口执行部分************************
Private Sub MSComm1_OnComm()
Dim instring As String '定义字符串变量instring
Dim m As Integer '定义整型变量m
MSComm1InputMode 0 '设置返回类型input属性检取文
End Sub
Private Sub Timer2_Timer()
If MSComm1InBufferCount > 0 Then
'程序检查输入缓区中否数数
ju ju + 1
MSComm1InBufferCount 0
计数器Text 数量： + Str(ju) '显示接收字符串
'数读取指定文框Text属性
End If
End Sub
'*********************** 常速控制************************
Private Sub 常速_Click()
MSComm1Output D
zs 0
电机运行Text 电机运行状态： + Chr(13) + Chr(10) + + 步进启动 + Chr(13) + Chr(10) + 转速： + Str(zs0 + zs) + 转分 +
End Sub
'*********************** 计数器部分************************
Private Sub 计数停止_Click(Index As Integer)
MSComm1Output H
End Sub
'*********************** 加速控制************************
Private Sub 加速_Click()
MSComm1Output 9
zs zs + 1
电机运行Text 电机运行状态： + Chr(13) + Chr(10) + + 步进加速 + Chr(13) + Chr(10) + 转速： + Str(zs0 + zs) + 转分 +
End Sub
'*********************** 减速控制************************
Private Sub 减速_Click()
MSComm1Output C
zs zs 1
电机运行Text 电机运行状态： + Chr(13) + Chr(10) + + 步进减速 + Chr(13) + Chr(10) + 转速： + Str(zs0 + zs) + 转分 +
End Sub
'*********************** 停止控制************************
Private Sub 停止_Click(Index As Integer)
MSComm1Output B
zs 20
电机运行Text 电机运行状态： + Chr(13) + Chr(10) + + 步进停止 + Chr(13) + Chr(10) + 转速： + Str(zs0 + zs) + 转分 +
End Sub
Private Sub 退出系统_Click()
MSComm1PortOpen False
End
End Sub
'*********************** 串口设置部分************************
Private Sub Form_Load()
MSComm1Settings 9600n81
MSComm1InputLen 1 '设置返回次Input属性接收缓区读取字符数0时input读取接收缓区全部字符
MSComm1InputMode 0 '设置返回类型input属性检取文
MSComm1CommPort 1 '设置串口号1
MSComm1PortOpen True
End Sub
'************************日期时间显示部分*********************
Private Sub Timer1_Timer()
labyearText Year(Date)
labmonthText Month(Date)
labdayText Day(Date)
If Weekday(Date) 1 1 Then
labweekText
ElseIf Weekday(Date) 1 2 Then
labweekText 二
ElseIf Weekday(Date) 1 3 Then
labweekText 三
ElseIf Weekday(Date) 1 4 Then
labweekText 四
ElseIf Weekday(Date) 1 5 Then
labweekText 五
ElseIf Weekday(Date) 1 6 Then
labweekText 六
Else
labweekText 日
End If
labtimeText Hour(Now) & & Minute(Now) & & Second(Now)
End Sub
'*********************** 正转控制************************
Private Sub 正转_Click(Index As Integer)
MSComm1Output 8
电机运行Text 电机运行状态： + Chr(13) + Chr(10) + + 步进正转 + Chr(13) + Chr(10) + 转速： + Str(zs0 + zs) + 转分 +
End Sub
'*********************** 程序结束************************
附录二：单片机程序
#include
void Init_SPI (void)
void IsSendComplete(int addr)
void Init_CLK(void)
{
unsigned int i
BCSCTL1 0X00 寄存器容清零
XT2震荡器开启
LFTX1工作低频模式
ACLK分频子1
do
{
IFG1 & ~OFIFG 清OSCFault标志
for (i 0x20 i > 0 i)
}
while ((IFG1 & OFIFG) OFIFG) 果OSCFault 1
BCSCTL2 0X00 寄存器容清零
BCSCTL2 + SELM1 MCLK时钟源TX2CLK分频子1
BCSCTL2 + SELS SMCLK时钟源TX2CLK分频子1
}
void RessetMcp2510(void)
{
int i
CS_Enable()
for(i 10i > 0i)
复位命令
UART0_TX_BUF[0] (char)(0xC0)
nTX0_Len 1
设置中断标志进入发送中断程序
IFG1 | UTXIFG0
for(i 100i > 0i)
CS_Disable()
return
}
int GetStatusMcp2510(void)
{
int i
int nStatus 0
CS_Enable()
for(i 10i > 0i)
读状态命令
UART0_TX_BUF[0] 0xA0
nTX0_Len 1
设置中断标志进入发送中断程序
IFG1 | UTXIFG0
nRX0_Len 1
while(1)
{
if(nRev_UART0 1)
{
nRev_UART0 0
nStatus (int)(UART0_RX_BUF[0])
break
}
}
for(i 100i > 0i)
CS_Disable()
return nStatus
}
void BitModiMcp2510(char addrchar maskchar data)
{
int i
CS_Enable()
for(i 10i > 0i)
位修改送命令
UART0_TX_BUF[0] 0x05
UART0_TX_BUF[0] addr
UART0_TX_BUF[0] mask
UART0_TX_BUF[0] data
nTX0_Len 4
设置中断标志进入发送中断程序
IFG1 | UTXIFG0
for(i 100i > 0i)
CS_Disable()
return
}
void ReadMcp2510(int addrint nchar outBuf[])
{
int i
CS_Enable()
for(i 10i > 0i)
读命令
UART0_TX_BUF[0] 0x03
UART0_TX_BUF[0] addr
for(i 0i < ni++)
{
UART0_TX_BUF[i + 2] 0
}
nTX0_Len 2 + n
设置中断标志进入发送中断程序
IFG1 | UTXIFG0
接收数
nRX0_Len n
while(1)
for(i 100i > 0i)
CS_Disable()
return
}
void WriteMcp2510(int addrint nchar inBuf[])
{
int i
CS_Enable()
for(i 10i > 0i)
写命令
UART0_TX_BUF[0] 0x02
UART0_TX_BUF[0] addr
for(i 0i < ni++)
{
UART0_TX_BUF[i + 2] inBuf[i]
}
nTX0_Len 2 + n
设置中断标志进入发送中断程序
IFG1 | UTXIFG0
for(i 100i > 0i)
CS_Disable()
return
}
int ReceiveMsg(char outBuf[])
{
int i
int nFlag
int nDLC
char revBuf[16]
for(i 0i < 16i++)
{
revBuf[i] 0
}
BitModiMcp2510(CANINTF0x010x00)
ReadMcp2510(TXB0SIDH2revBuf)
nRecID_Hi revBuf[0]
nRecID_Lo revBuf[1] & 0xe0
return 1
}
附录三：电源模块原理图
附录四：单片机模块原理图
附录五：直流驱动模块原理图
附录六：步进电机驱动模块原理图
附录七：继电器控制模块原理图
致 谢
衷心感谢张根柱老师悉心指导知觉中十二周毕业设计已结束毕业文已整理完毕电路调试进展良毕业设计完成意味着学学生活结束进入新生旅途开始段崭新生活——工作衷心感谢做毕业设计期间帮助老师学
首先感谢指导老师张根柱老师力帮助支持整设计程中张老师局指导毕业设计进程百忙中抽空答疑解难帮分析讲解毕业设计中遇问题仅张老师私提供丰富学资源良学环境毕业设计带方便时完成毕业设计程中提供指导性意见受益匪浅外张老师渊博学识严谨治学态度教育终身受益衷心感谢张老师予帮助教育
外感谢予私帮助学程序编写调试程中予莫帮助真诚感谢
感谢母校——天津职业技术师范学校期间里留美回忆特踏工作岗位时毕业设计整程样锻炼机会加深前知识理解巩固拓宽知识面提高学知识综合应力母校说：母校三五载爱母校万年祝愿母校更加美
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