基于MSP430F149单片机的光电编码器位置检测系统设计

作者：时间：2011-01-03来源：网络收藏

3、系统硬件组成

3.1 、主控芯片及外围电路

主控芯片我们采用MSP430F149单片机，它具有处理能力强，运行速度快，功耗低等特点；整个系统采用3.3V供电，本设计电源部分采用TI公司的TPS76033芯片实现，该芯片能很好的满足系统的要求，另外TPS76033芯片的封装很小，又能节约PCB板面积。

复位电路采用MAX809STR芯片，复位电路可以采用R-C复位电路，但是使用复位芯要比使用R-C复位电路的可靠性高，因此我们就采用MAX809STR芯片来实现系统的复位。

数显电路采用LED显示方式，MSP430具有丰富的I/O口资源，采用并行方式与LED连接非常方便，这种方式既能满足现场的要求，又可以降低系统成本。在单片机与数码显示连接时选择P4.0～P4.7引脚用来输出显示数据，P2.1,P2.2,P2.3，P2.4引脚用来控制数码管的选通状态。

3.2 、16位计数器

本次设计采用MSP430F149提供的计数器对倍频后的XA,XB信号进行计数。MSP430F149提供了两个16位的计数器，分别是Timer_A,Timer_B，这是两个用途非常广泛的16位计数器，在设计中使用Timer_A计数器进行计数，将XA和XB两个信号相或后与Timer_A相连，即XA和XB相或后与P1.0引脚相连。无论电机正转还是反转，计数器引脚上都有脉冲信号，都可进行计数。为了判断电机的旋转，使用计数器的捕获模块对XA和XB信号进行方向判断，Timer_A计数器中提供有3个捕获模块，均可以满足系统的需要。编码器四倍频电路输出的XA信号与捕获模块1相连，XB与捕获模块2相连，即XA信号同时与P1.2引脚相连，XB信号同时与P1.3引脚相连。捕获模块捕获XA和XB信号的上升沿，通过程序的判断就可以判断出电机的旋转方向。

3.3、串行模块

MSP430单片机使用RS-485协议与上位机进行通讯， RS-485改进了RS-232的缺点，传输速率可达到10MB/S,传输距离达1200米。由于MSP430输出的是TTL电平，而RS-485串口卡是485电平，因此需进行电平转换。本系统采用MAX485芯片实现TTL电平与485电平之间的转换。硬件连接使用USART0串口，即连接时使用P3.4,P3.5引脚与MAX485的相应引脚相连。

4、系统软件实现

系统采用C语言进行程序设计，大大提高了开发调试的工作效率。整个系统程序包括主程序，鉴相计数程序，显示子程序，串行通讯程序几个模块组成。程序流程图见图５。

主程序主要包括系统的初始化：对串口，计数器等硬件的初始化：计数值的读取、处理、计算：调用显示子程序，用于数据的显示。

鉴相计数程序主要用于电机方向的判断和计数脉冲值的处理。系统中电机方向的判断是靠计数器中的捕获模块捕获XA,XB信号来实现的。在程序中，设计一个寄存器保存电机的方向，当电机正转时，捕获模块捕获XA信号有效，在中断服务程序中将电机方向设为正转标志。反之亦然，当电机反转时，捕获XB有效，将电机方向设为反转标志。在主程序中只需根据寄存器的值，就可知道电机的旋转方向。为了防止计数器中正转，反转的计数值发生混乱，每次捕获发生时，在中断服务程序中都将计数器清零，重新计数，保证了电机换向后数据的准确性。

串行通讯模块用于实现上位PC机与单片机之间的数据传送。单片机可根据上位机的需要，将处理后的计数值上传给上位机，用于统计，打印等。系统采用中断方式进行数据传递，在接受中断服务程序中得到接受的上位机指令后，单片机就可将计数脉冲值，电机旋转方向等数据通过发送端口向上位机发送。串行通讯采用中断方式可大大节省CPU资源，从而保证了系统的高速度，高可靠性。

5、本文创新点

本文充分利用MSP430单片机软硬件的优点，简化了外围模块的设计，大大提升了系统的可靠性和稳定性。本设计系统在实际自动控制领域的运行中，系统工作稳定，收到了良好的效果，具有很好的实用价值。