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由SA51和MSP430F1121組成的驅(qū)動控制系統(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)的簡單應(yīng)用方法和電路。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以其自身的高集成度和強(qiáng)大功能成為組成雙片驅(qū)動控制系統(tǒng)的理想選擇方案。該方案可廣泛應(yīng)用在對電機(jī)、電磁閥的控制系統(tǒng)中。
1 SA51簡介
1.1 SA51的特點(diǎn)參數(shù)
SA51是由美國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，對橋上臂和下臂開關(guān)的驅(qū)動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信號就可進(jìn)行四象限模式的幅值和方向同時控制，而且與數(shù)字控制器的接口非常簡單。SA51的內(nèi)部電路可提供適當(dāng)?shù)乃绤^(qū)時間間隔以保護(hù)橋的四個N溝道場效應(yīng)管，場效應(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％。對于空閑/休眠模式或錯誤保護(hù)，SA51提供有與TTL兼容的禁止管腳來關(guān)斷四個場效應(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：-65～150℃；
*使用溫度：-65～125℃；
**輸入端輸入電壓：0～Vcc；
*禁止端輸入電壓：0～Vcc。
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)動器的低壓電源；
Vs：H橋供電電源，MOSFETS從這個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，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，該腳輸出為Vs；
BOUT：半橋的輸出腳B，當(dāng)PWM輸入為低時，該腳輸出為Vs；
RSENSE:兩個半橋下臂的共同聯(lián)接點(diǎn)，可連接一個到Vs地的檢測電阻以檢測電流，實(shí)際上該腳也可以直接連到Vs的地。但該管腳相對于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，占空比在0%～100%之間；
輸入禁止：用于關(guān)斷四個MOSFETS管，該腳為1時為關(guān)斷，為0時使能。
2 MSP430F1121簡介
2.1 MSP430F1121的主要功能
MSP430F1121是美國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1.8～3.6V（最高到4.1V）低電壓供電，程序代碼加密后無法解密。該單片機(jī)只需外接一個電阻和一個電容即可實(shí)現(xiàn)高精度斜率A/D轉(zhuǎn)換，同時可串行在線編程。該器件具強(qiáng)大的中斷功能和高達(dá)10萬次的擦寫次數(shù)，其定時器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。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的時鐘系統(tǒng)
MSP430F1121有ACLK(輔助時鐘)、MCLK（主系統(tǒng)時鐘）和SMCLK(子系統(tǒng)時鐘)三種時鐘。這三種時鐘可由低頻振蕩器LFXT1CL經(jīng)1、2、4、8分頻后得到低頻時鐘。MCLK和SMCLK也可由DCOCLK經(jīng)1、2、4、8分頻后得到高頻時鐘。DCOCLK則可將DCO振蕩器產(chǎn)生的頻率經(jīng)軟件FLL后得到。
圖2 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制原理圖
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時選片內(nèi)電阻，DCOCLK大于5MHz時，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MOD4～MOD0可用于控制DCO和DCO 1兩種頻率之間的切換。
下面是一個設(shè)置時鐘的程序，該程序以將ACLK設(shè)置為4096Hz（LFXT1CLK/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 1953
void setdco(void);
main(void)
{
WDTCTL=WDTPW WDTHOLD； //關(guān)看門狗
BCSCTL1|=DIVA1 DIVA0; //ACLK=LFXT1CLK/8
BCSCTL2|=DCOR; //用外部電阻
Setdco();
}
void setdco(void)
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