论文总字数：19583字

目 录

1. 引言 1

1.1 国内外现状 1

1.2 微控制芯片的发展 1

1.3 本论文设计的主要内容 2

2. 系统方案及原理 3

2.1 系统设计的目标 3

2.2 微控制芯片的选择与论证 3

2.3 显示模块的选择与论证 4

2.4 电机测速的方案选择与论文 4

2.5 电机调速方案选择与论证 5

3. 硬件设计 5

3.1微控制器的电路设计 5

3.1.1MSP430单片机概述 6

3.1.2 MSP430的最小系统电路设计 8

3.1.3MSP430的串行通信接口的电路设计 9

3.2 红外光电对管传感器 9

3.2.1 红外光电对管传感器简介 9

3.2.2 红外光电对管电路连接图 9

3.3液晶显示接口电路 10

3.4 PWM波调速 11

3.4.1 概述 11

3.4.2 PWM波调速原理 12

3.5 电机驱动 12

3.5.1 达林顿管的简介 12

3.5.2 电机驱动达林顿管的连接图 13

3.6 升压电路 13

4. 软件设计 14

4.1 软件开发环境简介 14

4.2 系统总体流程图 14

5. 实物制作与调试 15

5.1 电路板焊接与调试 15

5.2 实物调试 16

5.2.1液晶电路的调试 16

5.3 调试结论 16

6. 总结与展望 17

6.1 总结 17

6.2 展望 17

参考文献 17

致谢 19

附录1：总电路原理图 20

附录2：源程序 21

基于MSP430单片机测速调速系统的设计

薛玉峰

，China

Abstract:In this paper, the design and Implementation Based on MSP430 MCU intelligent measurement and control system. The system is composed of a single chip microcomputer control chip, infrared photo of the tube, and button input, PWM wave generation circuit, a liquid crystal display hardware composition, main principle is using infrared to calculate electric machine rotation pulse number, according to the internal timer timing function calculated each pulse of the time, a certain number of pulse number of average value, the speed of the motor. Key input values can choose the current motor rotation gear, the motor speed control, liquid crystal display real-time display of the current motor speed and speed of the motor stalls information. In this paper, the motor speed and speed control system has the advantages of low power consumption, high stability and intelligent display. Compared with the traditional speed regulating device, the utility model has the advantages of convenient use, greatly improving the practicability of the same type system, and the design concept of the same design.

Key words: Single chip microcomputer; PWM wave speed regulation; Liquid crystal display; Motor speed measurement

引言

信息化、产业化是当前工业生活的主流趋势，智能设备的逐步增多离不开电子技术的发展。蒸汽机的发明带来是工业革命。电子技术的发展带来的是信息革命。电子科学技术应用于社会生产以及社会生活的方方面面已经是时代的主流和趋势，衡量一个国家的综合国力和发展潜力，电子技术的有效转化率很重要。好的技术应用到实际生活才是王道。电子科学学科是经济社会发展的基石^[1]。电子科学的发展水平从一定意义上来说也能够代表着一个国家的现代化发展水平。随着中国现代化进程的不断推进，在工业、农业等方面都对电子科学提出了更高的要求，电子科学与人民的生活密不可分，间接的促进了电子科学的发展^[2]。

电机测速调速系统一直以来都是一个不断研究的课题，农业灌溉、电动轻轨、电动汽车……，电机的测速与调速系统都是其中核心关键的部分。直接决定这产品的质量和使用寿命，精确地电机调速和测速系统的设计不仅仅影响着人们生活的点滴，而且决定这一个国家的综合国力，精密机床的生产和制造一直都是围绕精密电机的生产制造，日本和德国具有生产机密机床的能力和技术，生产的出来的产品质量也是独一无二的，静音潜艇、航空器材、名牌轿车等一直都是其他国家的强项。由此可见电机测速与调速装置的研究可以说是意义重大。

1.1 国内外现状

在电子技术快速发展的当下，电机测速与调速系统的变化迈向了更为自动化人性化的方向。尤其当单片机的面世以来，研发与发展更加自动化以及人性化。七十年代，电子领域取得了突破。在理想状态下，电机测速与调速系统的设计达到了数字化电路的年代。八十年代，数字电路的规模越来越大。电路设计也是越来越往小型化，多功能化的方向发展。到达21世纪时，单片机的应用迅速的渗透到每个生活的角落，电机测速与调速系统的设计也同时达到了一个新的高度，信息化时代的到来。但是相比国外长期的技术积累，国内在工艺、算法、材料等各个方面存在明显的劣势。电机测速与调速系统的设计很大程度上依赖于主控制芯片的算法控制部分，目前市场上的主流微控制芯片基本全是国外生产的，国内新技术的转化效率并不是很高。本设计针对以上现状，积极寻找新型的测量方法和技术，填补国内电机测速与调速领域部分空白。

1.2 微控制芯片的发展

微控制芯片，顾名思义单片计算机，就是集成在一个很小的芯片的计算机。计算机大家应该都不会陌生，计算机的普及率逐年的升高，现在的生活工作基本已经离不开这个机器了。正常的一台计算机的组成可能有主机、显示器、键盘、鼠标、音响等，专业一点说，除了主机，其他的可以称为外设，就是外接的设备。没有这些设备主机一样可以工作，只不过我们并不知道他是否在工作，没有这些外设，我们也不能跟他进行人机交互。但是主机里面的东西，非专业人员可能就不是很感兴趣了。这部分才是计算机的核心。一台主机主要由CPU、内存条、硬盘、显卡、声卡等组成。显卡和声卡其实也是可以归为外设。最核心的部分应该就是CPU、内存、硬盘了。单片机的机构其实跟计算机是很相似的，虽然只有那么一小片，俗话说，麻雀虽小，五脏俱全。单片机虽然体积不大，差不多只有一个橡皮的大小，但是却很有内涵，他的里面有CPU、内存、硬盘。这么说可能不是很精确，但是实际的功能完全可以理解成这个样子的。

微控制芯片怎么工作，单片机的工作不像基本的数字电路那样，接上电源就可以直接工作了。单片机跟计算机一样，除了结构的一样之外，工作的机制也是一样的。他需要软件，需要程序才可以。我打开如果没有装软件的电脑，可能用处很小，如果一个电脑都没有装系统，那么基本可以说是，无法使用的，所以硬件电路只是系统的载体，真正在里面运行的，是程序本身。单片机的最大的特点就是单片机是智能的硬件设备，它的智能性也可以反映出需要程序的写入，这样，单片机才能遵循人为的意图工作。他虽然没有自己的思维，但是却有着人类的思维在里面。不同的单片机代码格式不同，识别的语言不同。大都兼容C语言的。C语言是高级语言，并不是机器语言，单片机也是不能识别的，所以必须要有一个专门的软件来实现高级语言到机器语言的转变过程。这个过程就是编译，这个过程的实现实在编译软件里面实现的。所以单片机的工作离不开上位机软件。有了电路，有了程序。单片机才可以正常的工作。

微控制芯片的具体工作方式，一个单片机是不可以完成复杂的工作的，就跟只有一台主机一样，也不可以日常使用。单片机的工作也需要外接各种设备。常见的外接设备有显示、输入、按键、驱动、声音等，LED灯是最简单的显示设备，只不过显示的信息量很少，只能显示一位二进制信息，例如LED灯亮表示1，灭表示0。但是如果用多个LED等共同组成一个阵列，那就可以显示很多信息了，就如本设计的内容，是使用LED来显示一个汉字的。复杂一点的显示外设还有液晶显示器，手机的屏幕、电脑的屏幕，计算器的屏幕都是这样的设备。输入的设备大都是按键，这个是最常用的人机交互的设备了，键盘也是一种按键输入的设备，只是按键多了也是可以组成阵列的。结合液晶显示、按键输入、单片机，就可以实现一个基本的计算器了。虽然简单了点，但是这个就是单片机最基本的应用了。当然单片机的应用远远不止这些。加上其他的传感器，就可以实现更复杂的系统。例如加上温度传感器，单片机就可以作为一个温度检测系统来工作，再加上加热装置，就可以作为一个温度控制系统来使用了。由此可见单片机的应用具有很强的灵活性和高效性。并且日后的升级改装也是相当的简单。

1.3 本论文设计的主要内容

本文以研究电机调速与测速的核心原理，研究现有理论和方案的优劣，拓展电机速度控制与生产生活的结合，提出一款基于微控制芯片的电机测速与调速系统的设计。具体的章节和各章的内容安排如下：

第一章：介绍电机测速与调速装置的应用背景、国内外现状，确定本设计的主要研究方向，从宏观上展示电机测速与调速装置的特点。

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