淺談?dòng)蒘A51和MSP430F1121組成的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

1、淺談?dòng)蒘A51和MSP430F1121組成的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)            摘要：介紹了脈寬調(diào)制功率放大器SA51和16位單片機(jī)MSP430F1121的基本特性，給出了由它們組成的兩片式的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單應(yīng)用方法和電路。 關(guān)鍵詞：SA51 MSP430F1121 脈寬調(diào)制 DCO 捕獲現(xiàn)在的電子設(shè)備往往要求體積小、重量輕、效率高，通常在苛刻的環(huán)境條件下，尤其在軍工產(chǎn)品中，設(shè)計(jì)者非常希望使用單片或雙片系統(tǒng)以盡可能地減少器件數(shù)量。SA51和MSP430F1121以其自身

2、的高集成度和強(qiáng)大功能成為組成雙片驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的理想選擇方案。該方案可廣泛應(yīng)用在對(duì)電機(jī)、電磁閥的控制系統(tǒng)中。1 SA51簡(jiǎn)介1.1 SA51的特點(diǎn)參數(shù)SA51是由美國(guó)APEX公司生產(chǎn)的脈寬調(diào)制功率放大器，它能為負(fù)載提供5A的連續(xù)電流。該全橋放大器能在很寬的供電電源范圍內(nèi)工作，對(duì)橋上臂和下臂開關(guān)的驅(qū)動(dòng)和控制電路混合集成在器件內(nèi)，用戶只需提供與TTL電平兼容的PWM信號(hào)就可進(jìn)行四象限模式的幅值和方向同時(shí)控制，而且與數(shù)字控制器的接口非常簡(jiǎn)單。SA51的內(nèi)部電路可提供適當(dāng)?shù)乃绤^(qū)時(shí)間間隔以保護(hù)橋的四個(gè)N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻很低，而開關(guān)速度卻很高（最高可達(dá)500kHz），效率可達(dá)97。對(duì)于空閑/

3、休眠模式或錯(cuò)誤保護(hù)，SA51提供有與TTL兼容的禁止管腳來關(guān)斷四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管。SA51采用8腳TO-3封裝，可安裝在小型散熱器上或直接焊裝在印制電路板上。SA51的電氣極限參數(shù)如下：*供電電壓+Vs:80V；*峰值輸出電流：7A；*邏輯供電電壓Vcc:16V；*內(nèi)部功耗：120W；*管腳焊接溫度（10s）：300；*環(huán)境溫度：150；*貯存溫度：-65150；*使用溫度：-65125；*輸入端輸入電壓：0Vcc；*禁止端輸入電壓：0Vcc。1.2 SA51的結(jié)構(gòu)功能SA51放大器的原理框圖如圖1所示?，F(xiàn)將各管腳的功能描述如下：Vcc：內(nèi)部邏輯電路和MOSFETS上臂和下臂驅(qū)動(dòng)器的低壓電源；Vs：

4、H橋供電電源，MOSFETS從這個(gè)電源端獲得輸出電流，該腳電壓范圍為Vcc+80V,MOSFETS標(biāo)稱值為100V。該腳到地的旁路電容可濾除電壓被動(dòng)，以確保在開關(guān)期間供電電壓的穩(wěn)定，該電容應(yīng)盡量靠近Vs管腳；AOUT：半橋的輸出腳A，當(dāng)PWM輸入為高時(shí)，該腳輸出為Vs；BOUT：半橋的輸出腳B，當(dāng)PWM輸入為低時(shí)，該腳輸出為Vs；RSENSE:兩個(gè)半橋下臂的共同聯(lián)接點(diǎn)，可連接一個(gè)到Vs地的檢測(cè)電阻以檢測(cè)電流，實(shí)際上該腳也可以直接連到Vs的地。但該管腳相對(duì)于Vs地的最大允許電壓±2V；GND：輸入邏輯和Vcc的地；PWM輸入：用于輸入與TTL兼容的PWM信號(hào)，占空比在0%100%之間；

5、輸入禁止：用于關(guān)斷四個(gè)MOSFETS管，該腳為1時(shí)為關(guān)斷，為0時(shí)使能。2 MSP430F1121簡(jiǎn)介2.1 MSP430F1121的主要功能MSP430F1121是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的單片機(jī)，它采用高效16位RISC內(nèi)核，具有27條指令和125ns的指令周期，使用1.83.6V（最高到4.1V）低電壓供電，1 2 3 4 下一頁         程序代碼加密后無法解密。該單片機(jī)只需外接一個(gè)電阻和一個(gè)電容即可實(shí)現(xiàn)高精度斜率A/D轉(zhuǎn)換，同時(shí)可串行在線編程。該器件具強(qiáng)大的中斷功能和高

6、達(dá)10萬次的擦寫次數(shù)，其定時(shí)器A在比較模式下可方便地實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換或生成脈寬調(diào)制輸出信號(hào)。MSP430F1121內(nèi)含4kB+256B Flash以及256B RAM，采用20腳SOWB或TSSOP封裝，P1、P2端口的14個(gè)I/O引腳均可獨(dú)立編程為輸入、輸出和中斷狀態(tài)，也可以整體作為端口使用。2.2 MSP430F1121的時(shí)鐘系統(tǒng)MSP430F1121有ACLK(輔助時(shí)鐘)、MCLK（主系統(tǒng)時(shí)鐘）和SMCLK(子系統(tǒng)時(shí)鐘)三種時(shí)鐘。這三種時(shí)鐘可由低頻振蕩器LFXT1CL經(jīng)1、2、4、8分頻后得到低頻時(shí)鐘。MCLK和SMCLK也可由DCOCLK經(jīng)1、2、4、8分頻后得到高頻時(shí)鐘。DCOCLK則

7、可將DCO振蕩器產(chǎn)生的頻率經(jīng)軟件FLL后得到。 論文捕客 論文捕客圖2 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制原理圖 論文捕客 論文捕客DCOCLK的軟件FLL方法為：DCO基礎(chǔ)頻率由內(nèi)部或外部電阻向DC發(fā)生器注入的電流決定（可由DCOR控制位來選擇片內(nèi)或片外電阻），當(dāng)DCOCLK為5MHz時(shí)選片內(nèi)電阻，DCOCLK大于5MHz時(shí)，選擇片外電阻。它的基礎(chǔ)頻率可由電阻控制位Rsel2、Rsel1、Rsel0分頻8為個(gè)標(biāo)稱頻率范圍，然后由控制位DCO2、DCO1、DCO0再進(jìn)行分頻調(diào)節(jié)，調(diào)整位MOD4MOD0可用于控制DCO和DCO+1兩種頻率之間的切換。下面是一個(gè)設(shè)置時(shí)鐘的程序，該程序以將ACLK設(shè)置為4096Hz（LF

8、XT1CLK/8=32768Hz/8=4096Hz）、DCOCLK設(shè)置為8MHz、MCLK和SMCLK選擇DCOCLK為例進(jìn)行編寫，其中delta=DCOCLK/ACLK=8M/4096=1953。#include "msp430x11x1.h"#include "stdio.h"#define delta 1953void setdco(void);main(void)WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD； /關(guān)看門狗BCSCTL1|=DIVA1+DIVA0; /ACLK=LFXT1CLK/8BCSCTL2|=DCOR; /用外部電阻Setdco(

9、);void setdco(void)<P>int fir1,fir2,lable1=1;fir2=0;TACTL=TASSEL1+TACLR;CCTL2=CCIS0+CM0+CAP;TACTL|=MC1;For(;lable1=1;)lable2:if(上一頁  1 2 3 4 下一頁         (CCTL2&CCLFG)=0) /測(cè)試是否捕獲到數(shù)goto lable2;CCTL2=CCTL2-CCLFG； /清除捕獲標(biāo)志fir

10、1=CCR2;fir1=fir1-fir2;fir2=CCR2;if(delta>fir1) DCOCTL=DCOCTL+1;if(DCOCTL= =255)if(BCSCTL1&7)= =7)lable1=0;elseBCSCTL1=BCSCTL1+1;if(delta<fir1)DCOCTL=DCOCTL-1;if(DCOCTL= =0)if(BCSCTL1&7)= =0)lable1=0;elseBCSCTL1=BCSCTL1-1;if(delta= =fir1)lable1=0;CCTL2=0;TACTL=0;2.3 ASP430F1121的定時(shí)設(shè)置定時(shí)器T

11、imer-A有三個(gè)捕獲/比較模塊，其中比較模式下可方便地生成PWM信號(hào)。下面是一個(gè)Timer-A的捕獲/比較模塊1在比較模式下生成占空比為50的PWM信號(hào)的例程。它的PWM輸出模式為3：PWM置位/復(fù)位，改變CCR0的值可改變PWM周期（如SMCLK=8MHz，則P1.2輸出的PWM的周期為CCR0/8M=8000/8M=1ms），而改變CCR1的值則可改變占空比(0%100%)。#include "msp430x11x1.h"#include "stdio.h"main(void)WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; /關(guān)看門狗TACTL=TAS

12、SEL1+TACLR; /定時(shí)器時(shí)鐘源選SMCLKCCR0=8000;CCTL1=OUTMOD0+OUTMOD1;CCR1=4000;P1DIR|=4;P1SEK=|4;TACTL|=MCO;定時(shí)器Timer-A工作在捕獲模式下可用于時(shí)間事件的精確定位。如在選定的輸入引腳上產(chǎn)生選定脈沖觸發(fā)沿，則定時(shí)器計(jì)數(shù)的值將被復(fù)制到捕獲寄存器CCRx中。下面是捕獲/比較模塊2工作在捕獲模式下的例程，其中定時(shí)器時(shí)鐘源選SMCLK，增計(jì)數(shù)模式，捕獲源為P1.3腳輸入的脈沖，捕獲次數(shù)為100次，捕獲的頻率數(shù)據(jù)放數(shù)組READCCR2中。#include "msp430x11x1.h"#inclu

13、de "stdio.h"main(void) int READCCR2100;WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; /關(guān)看門狗TACTL=TASSEL1+TACLR; /定時(shí)器時(shí)鐘源選SMCLKCCTL2=CM0+CAP;TACTL|=MCO;for(I=0;I<100;I+)TST:IF(CCTL2&CCIF)=0)GO上一頁  1 2 3 4 下一頁         TO TST;CCTL2=CCTL2-CCIF

14、G;READCCR2I=CCR2;3 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖2是由微控制器MSP430F1121和驅(qū)動(dòng)器SA51組成的小功率電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)原理圖。圖中，V1V4為TVS管（Transient Voltage Suggressor Diode：瞬態(tài)電壓抑制二極管），當(dāng)承受一個(gè)高能量的瞬時(shí)過壓脈沖時(shí)，其工作阻抗可立即降至導(dǎo)通值，以允許大電流通過，并將電壓箝位到預(yù)定水平，以有效保護(hù)電路中的精密元器件免受損壞。箝位響應(yīng)時(shí)間僅為1ps（10-12S），電路中采用TVS管可有效防止Aout和Bout輸出電壓高于Vss或低于地。圖2中的U2為TPS77101電源管理芯片，V0=Vref(1+R1/R2)，其中，Vref=1.1834V，選R2為30k，若使V0為4.0V，則R1應(yīng)選72k，為了減少噪聲和抑制振蕩，R1和R2應(yīng)盡可能地接近SENSE端，上電時(shí)，RESET會(huì)提供給單片機(jī)一個(gè)復(fù)位信號(hào)。單片機(jī)的P2.0、P2.1可作為電機(jī)四種模態(tài)控制輸入端，增量式編碼器的輸出脈沖經(jīng)光電隔離后將送入捕獲I/O端P1.3，在將要求的狀態(tài)和實(shí)際轉(zhuǎn)速比較后，經(jīng)過一定的控制