单片机课程设计报告
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2.3 MSP430F249 简介 MSP430 系列单片机是 TI（Texas Instruments，美国德州仪器）公司近年来推 出的一系列优秀的混合型微处理器产品。MSP430 单片机是一种基于 RISC（精简 指令集计算机）的 16 位混合信号处理器，专为满足超低功耗需求而精心设计， 同时具备很好的数字/模拟信号处理能力，具有智能外设、易用性、低成本、业 界最低功耗等优异特性，能满足仪器仪表、工业自动化、国防、家居智能化、医 疗保健、智能农业等多方面的需求环境。MSP430F249 的引脚图如图 1 所示：
五、调试与结果.........................................................................................11 六、心得体会............................................................................................ 13
得到 ADC12 模块所需要的采样触发信号。 定时器工作模式说明：定时器 A 工作在增计数模式下，TACCR0 作为周期寄
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存器，TACC1 作为比较寄存器，不同的输出模式产生的输出波形如图 2 所示。
图2 定时器A处于增计数模式
8）定时器 B MSP430F249 单片机的定时器 B 是具有 7 个捕获/比较寄存器的 16 位定时器/ 计数器。TB 可以支持捕获/比较功能、PWM 输出和定时器功能，TB 的捕获比较 寄存器是双缓冲结构，定时器 B 比定时器 A 使用更为灵活。 定时器 B 与定时器 A 的大多数功能相同，它们的主要区别如下：定时器 B 的长度是可编程的，可编程为 8，10，12，16 位；定时器 B 的 TBCCRx（x=0~6） 寄存器是双缓冲的，并可以成组工作；所有定时器 B 的输出可以为高阻抗状态； SCCI 位功能在定时器 B 中不存在。
2.4 系统总体设计框图
图 3 系统框图
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根据系统设计的任务和要求，设计系统方框图如图 3 所示。图中控制器模块 为系统的核心部件，本次设计采用 MSP430F249 单片机，键盘和显示器用来实现 人机交互功能， 其中通过键盘将所需要的状态输入到单片机中， 以此控制电机的 启动、调速、反转。并且通过控制器显示到显示器上，本次设计用到的显示器是 128*64 的 LCD 液晶显示屏，直流电机驱动电路采用电机专用驱动芯片 L298N。 电 机的速度检测利用单片机的定时器 B 的捕获模式。在运行过程中控制器产生
单片机课程设计
课题： 基于 proteus 的直流电机控制与测速仿真
学生姓名： 学 班 专 号： 级: 业：
谈小峰 2014110145 20141102 自动化
目
录
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录.......................................................................................................... 0
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一、课题要求
基于单片机的直流电机调速控制系统设计 1） 用 LCD 液晶作为显示设备，能正确显示电机的转速和转向； 2） 设置电机的初始转速为零，使用按键控制电机的启动、停止、加速、减速、 转向，通过键盘输入调节电机的转速； 3） 当电机的转速超出额定值时触发报警
二、总体设计
2.1 任务解读： 本设计是需要综合按键中断模块、LCD 送显示模块、单片机定时器的应用、 PWM 信号产生的实验。总体设计电路由单片机的最小系统、按键、LCD 液晶显示、 电机驱动电路、发光二极管、蜂鸣电路组成。按键作为输入设备，用于控制电机 的启/停、调速；LCD 液晶显示、发光二极管、蜂鸣器作为输出设备，用来显示 电机的转速和转向以及当速度超出规定范围后报警。 2.2 设计原理： 直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调速范围广，过载能力 大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转；能满足 生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求， 在许多需要调速或快速正反向的 电力拖动系统领域中得到了广泛的应用。 根据直流电机的转速表达式 n Ud 为电机外加直流电压， Ra （U d IRa）/Ce ， 为电枢绕组电阻，CeΦ为电机常数，I 为电机电流，电机电流与负载大小有关。 从直流电机转速公式可见，只要改变电枢电压就能实现直流电机的无极调速。 PWM 调速的方法的原理就是开关管在一个周期内的导通时间是 t，PWM 周期 为 T，则电机两端的平均电压为 Ud=Vs*t/T=a*Vs。其中，占空比 a=t/T，Vs 为驱 动电源电压。 要改变等效直流电压的大小， 可以通过改变脉冲占空比来实现等效 直流电压在 0～U 之间任意调节，从而达到利用 PWM 控制技术实现对直流电机转 速进行调节的目的。 电机的转速与电机两端的电压成正比， 而电机两端的电压与 控制波形的占空比成正比，因此电机的速度与占空比成正比。占空比越大，电机 转得越快。
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门位低功耗而设计；一个是高平晶振。除了可外接晶体振荡器外，其内部有一个 数控 RC 振荡器(DCO)，可以实现数字控制及频率调节。 4）看门狗：在发生软件问题后可执行受控系统重启。如果达到设定的时间 间隔， 将重新生成系统。 如果应用不需要监控功能， 则模块可配置为内部定时器， 并在设定的时间间隔生成中断。 5）接口：MSP430 F249 的每个 I/O 端口均有 8 个 I/O 引脚。每个 I/O 引 脚均可配置为输入或者输出，并可被独立地读取或或者写入。MSP430F249 单片 机的 I/O 口主要有以下特征： （1）每个 I/O 口可以独立编程设置。 （2）输入、输出功能可以任意结合使用。 （3）P1 和 P2 口具有中断功能， 可以单独设置成上升沿或下降沿触发中断。 （4）有独立的输入/输出寄存器。 6）通用 I/O 接口寄存器 MSP430F249 单片机的每组 I/O 口都有 4 个控制寄存器，分别为方向控制寄 存器 PxDIR、输入寄存器 PxIN、输出寄存器 PxOUT 和功能选择寄存器 PxSEL，此 处，小写字母“x”表示 6 组 I/O 口的数字序号，x= 1~6，即 P1 口的方向控制寄 存器为 P1DIR，P6 口的方向控制寄存器为 P6DIR。另外，P1 和 P2 口还具有 3 个 中断寄存器，分别为中断允许寄存器 PxIE、中断沿选择寄存器 PxIES 和中断标志 寄存器 PxIFG，此处，x= 1~2。 7）定时器 A MSP430f249 单片机的定时器 A 是具有 3 个捕获/比较寄存器的 16 位定时器/ 计数器。定时器 A 可以用来实现计数、延时、信号频率测量、信号触发检测、脉 冲脉宽信号测量。定时器 A 还可以实现下列功能：
四、软件设计.............................................................................................. 8 4.1 4.2 程序说明............................................................................................. 8 程序流程图......................................................................................... 9
① PWM 信号输出功能：通过设置 TA 的工作模式，结合 CCR0、CCR1 或
CCR2 计数，直接从 CCR0、CCR1 或 CCR2 中子模块的 OUT.x 端输出。
② 实现软 USART 功能：利用 CCR0 子模块中的捕获输入功能，结合 TAR
实现通用串行异步通讯功能(USART)。
③ ADC12 模块的采样信号：利用定时器的 TAR 或 CCR0 实现 OUT.x 输出
图1
MSP430F249 单片机引脚图
下面列出 MSP430F249 的几个主要结构： 1）CPU：MSP430 的 CPU 运行正交的精简指令集，采用 16 位的 ALU（运算 器）、指令控制逻辑和 16 个 16 位寄存器、27 条内核指令及 7 种寻址模式。 2）外围模块：外围模块经 MAB、MDB 和中断服务及请求线与 CPU 相连。 0100H~01FFH 为 16 位的外围模块保留，这些模块的访问采取字操作模式，如果 使用字节操作，则只有偶地址是被允许的。010H~0FFH 位 8 位的外围模块保留。 3）时钟系统：MSP430 具有两个外部晶体振荡器接口，一个是低频晶振，专
三、硬件设计.............................................................................................. 5 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 硬件资源分配图................................................................................. 5 电机驱动模块..................................................................................... 6 LCD 显示模块.................................................................................... 6 按键控制模块..................................................................................... 7 转向指示灯模块................................................................................. 7 速度报警模块..................................................................................... 7 硬件仿真图................................................................................................................................................................. 1 二、总体设计.............................................................................................. 1 2.1 2.2 2.3 2.4 任务解读............................................................................................. 1 设计原理............................................................................................. 1 MSP430F249 简介..............................................................................2 系统总体设计框图..............................................................................4
2.3 MSP430F249 简介 MSP430 系列单片机是 TI（Texas Instruments，美国德州仪器）公司近年来推 出的一系列优秀的混合型微处理器产品。MSP430 单片机是一种基于 RISC（精简 指令集计算机）的 16 位混合信号处理器，专为满足超低功耗需求而精心设计， 同时具备很好的数字/模拟信号处理能力，具有智能外设、易用性、低成本、业 界最低功耗等优异特性，能满足仪器仪表、工业自动化、国防、家居智能化、医 疗保健、智能农业等多方面的需求环境。MSP430F249 的引脚图如图 1 所示：
五、调试与结果.........................................................................................11 六、心得体会............................................................................................ 13
得到 ADC12 模块所需要的采样触发信号。 定时器工作模式说明：定时器 A 工作在增计数模式下，TACCR0 作为周期寄
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存器，TACC1 作为比较寄存器，不同的输出模式产生的输出波形如图 2 所示。
图2 定时器A处于增计数模式
8）定时器 B MSP430F249 单片机的定时器 B 是具有 7 个捕获/比较寄存器的 16 位定时器/ 计数器。TB 可以支持捕获/比较功能、PWM 输出和定时器功能，TB 的捕获比较 寄存器是双缓冲结构，定时器 B 比定时器 A 使用更为灵活。 定时器 B 与定时器 A 的大多数功能相同，它们的主要区别如下：定时器 B 的长度是可编程的，可编程为 8，10，12，16 位；定时器 B 的 TBCCRx（x=0~6） 寄存器是双缓冲的，并可以成组工作；所有定时器 B 的输出可以为高阻抗状态； SCCI 位功能在定时器 B 中不存在。
2.4 系统总体设计框图
图 3 系统框图
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根据系统设计的任务和要求，设计系统方框图如图 3 所示。图中控制器模块 为系统的核心部件，本次设计采用 MSP430F249 单片机，键盘和显示器用来实现 人机交互功能， 其中通过键盘将所需要的状态输入到单片机中， 以此控制电机的 启动、调速、反转。并且通过控制器显示到显示器上，本次设计用到的显示器是 128*64 的 LCD 液晶显示屏，直流电机驱动电路采用电机专用驱动芯片 L298N。 电 机的速度检测利用单片机的定时器 B 的捕获模式。在运行过程中控制器产生
单片机课程设计
课题： 基于 proteus 的直流电机控制与测速仿真
学生姓名： 学 班 专 号： 级: 业：
谈小峰 2014110145 20141102 自动化
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一、课题要求
基于单片机的直流电机调速控制系统设计 1） 用 LCD 液晶作为显示设备，能正确显示电机的转速和转向； 2） 设置电机的初始转速为零，使用按键控制电机的启动、停止、加速、减速、 转向，通过键盘输入调节电机的转速； 3） 当电机的转速超出额定值时触发报警
二、总体设计
2.1 任务解读： 本设计是需要综合按键中断模块、LCD 送显示模块、单片机定时器的应用、 PWM 信号产生的实验。总体设计电路由单片机的最小系统、按键、LCD 液晶显示、 电机驱动电路、发光二极管、蜂鸣电路组成。按键作为输入设备，用于控制电机 的启/停、调速；LCD 液晶显示、发光二极管、蜂鸣器作为输出设备，用来显示 电机的转速和转向以及当速度超出规定范围后报警。 2.2 设计原理： 直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调速范围广，过载能力 大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转；能满足 生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求， 在许多需要调速或快速正反向的 电力拖动系统领域中得到了广泛的应用。 根据直流电机的转速表达式 n Ud 为电机外加直流电压， Ra （U d IRa）/Ce ， 为电枢绕组电阻，CeΦ为电机常数，I 为电机电流，电机电流与负载大小有关。 从直流电机转速公式可见，只要改变电枢电压就能实现直流电机的无极调速。 PWM 调速的方法的原理就是开关管在一个周期内的导通时间是 t，PWM 周期 为 T，则电机两端的平均电压为 Ud=Vs*t/T=a*Vs。其中，占空比 a=t/T，Vs 为驱 动电源电压。 要改变等效直流电压的大小， 可以通过改变脉冲占空比来实现等效 直流电压在 0～U 之间任意调节，从而达到利用 PWM 控制技术实现对直流电机转 速进行调节的目的。 电机的转速与电机两端的电压成正比， 而电机两端的电压与 控制波形的占空比成正比，因此电机的速度与占空比成正比。占空比越大，电机 转得越快。
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门位低功耗而设计；一个是高平晶振。除了可外接晶体振荡器外，其内部有一个 数控 RC 振荡器(DCO)，可以实现数字控制及频率调节。 4）看门狗：在发生软件问题后可执行受控系统重启。如果达到设定的时间 间隔， 将重新生成系统。 如果应用不需要监控功能， 则模块可配置为内部定时器， 并在设定的时间间隔生成中断。 5）接口：MSP430 F249 的每个 I/O 端口均有 8 个 I/O 引脚。每个 I/O 引 脚均可配置为输入或者输出，并可被独立地读取或或者写入。MSP430F249 单片 机的 I/O 口主要有以下特征： （1）每个 I/O 口可以独立编程设置。 （2）输入、输出功能可以任意结合使用。 （3）P1 和 P2 口具有中断功能， 可以单独设置成上升沿或下降沿触发中断。 （4）有独立的输入/输出寄存器。 6）通用 I/O 接口寄存器 MSP430F249 单片机的每组 I/O 口都有 4 个控制寄存器，分别为方向控制寄 存器 PxDIR、输入寄存器 PxIN、输出寄存器 PxOUT 和功能选择寄存器 PxSEL，此 处，小写字母“x”表示 6 组 I/O 口的数字序号，x= 1~6，即 P1 口的方向控制寄 存器为 P1DIR，P6 口的方向控制寄存器为 P6DIR。另外，P1 和 P2 口还具有 3 个 中断寄存器，分别为中断允许寄存器 PxIE、中断沿选择寄存器 PxIES 和中断标志 寄存器 PxIFG，此处，x= 1~2。 7）定时器 A MSP430f249 单片机的定时器 A 是具有 3 个捕获/比较寄存器的 16 位定时器/ 计数器。定时器 A 可以用来实现计数、延时、信号频率测量、信号触发检测、脉 冲脉宽信号测量。定时器 A 还可以实现下列功能：
四、软件设计.............................................................................................. 8 4.1 4.2 程序说明............................................................................................. 8 程序流程图......................................................................................... 9
① PWM 信号输出功能：通过设置 TA 的工作模式，结合 CCR0、CCR1 或
CCR2 计数，直接从 CCR0、CCR1 或 CCR2 中子模块的 OUT.x 端输出。
② 实现软 USART 功能：利用 CCR0 子模块中的捕获输入功能，结合 TAR
实现通用串行异步通讯功能(USART)。
③ ADC12 模块的采样信号：利用定时器的 TAR 或 CCR0 实现 OUT.x 输出
图1
MSP430F249 单片机引脚图
下面列出 MSP430F249 的几个主要结构： 1）CPU：MSP430 的 CPU 运行正交的精简指令集，采用 16 位的 ALU（运算 器）、指令控制逻辑和 16 个 16 位寄存器、27 条内核指令及 7 种寻址模式。 2）外围模块：外围模块经 MAB、MDB 和中断服务及请求线与 CPU 相连。 0100H~01FFH 为 16 位的外围模块保留，这些模块的访问采取字操作模式，如果 使用字节操作，则只有偶地址是被允许的。010H~0FFH 位 8 位的外围模块保留。 3）时钟系统：MSP430 具有两个外部晶体振荡器接口，一个是低频晶振，专
三、硬件设计.............................................................................................. 5 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 硬件资源分配图................................................................................. 5 电机驱动模块..................................................................................... 6 LCD 显示模块.................................................................................... 6 按键控制模块..................................................................................... 7 转向指示灯模块................................................................................. 7 速度报警模块..................................................................................... 7 硬件仿真图................................................................................................................................................................. 1 二、总体设计.............................................................................................. 1 2.1 2.2 2.3 2.4 任务解读............................................................................................. 1 设计原理............................................................................................. 1 MSP430F249 简介..............................................................................2 系统总体设计框图..............................................................................4
