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由SA51和MSP430F1121組成的驅動(dòng)控制系統
摘要：介紹了脈寬調制功率放大器SA51和16位單片機MSP430F1121的基本特性，給出了由它們組成的兩片式的電機轉速控制系統的簡(jiǎn)單應用方法和電路。現在的電子設備往往要求體積小、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，設計者非常希望使用單片或雙片系統以盡可能地減少器件數量。SA51和MSP430F1121以其自身的高集成度和強大功能成為組成雙片驅動(dòng)控制系統的理想選擇方案。該方案可廣泛應用在對電機、電磁閥的控制系統中。
1 SA51簡(jiǎn)介
1.1 SA51的特點(diǎn)參數
SA51是由美國APEX公司生產(chǎn)的脈寬調制功率放大器，它能為負載提供5A的連續電流。該全橋放大器能在很寬的供電電源范圍內工作，對橋上臂和下臂開(kāi)關(guān)的驅動(dòng)和控制電路混合集成在器件內，用戶(hù)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(shí)控制，而且與數字控制器的接口非常簡(jiǎn)單。SA51的內部電路可提供適當的死區時(shí)間間隔以保護橋的四個(gè)N溝道場(chǎng)效應管，場(chǎng)效應管的導通電阻很低，而開(kāi)關(guān)速度卻很高（最高可達500kHz），效率可達97％。對于空閑/休眠模式或錯誤保護，SA51提供有與TTL兼容的禁止管腳來(lái)關(guān)斷四個(gè)場(chǎng)效應管。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的電氣極限參數如下：
*供電電壓 Vs:80V；
*峰值輸出電流：7A；
*邏輯供電電壓Vcc:16V；
*內部功耗：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的結構功能
SA51放大器的原理框圖如圖1所示�，F將各管腳的功能描述如下：
Vcc：內部邏輯電路和MOSFETS上臂和下臂驅動(dòng)器的低壓電源；
Vs：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標稱(chēng)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(kāi)關(guān)期間供電電壓的穩定，該電容應盡量靠近Vs管腳；
AOUT：半橋的輸出腳A，當PWM輸入為高時(shí)，該腳輸出為Vs；
BOUT：半橋的輸出腳B，當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(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TI公司生產(chǎn)的單片機，它采用高效16位RISC內核，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(wú)法解密。該單片機只需外接一個(gè)電阻和一個(gè)電容即可實(shí)現高精度斜率A/D轉換，同時(shí)可串行在線(xiàn)編程。該器件具強大的中斷功能和高達10萬(wàn)次的擦寫(xiě)次數，其定時(shí)器A在比較模式下可方便地實(shí)現D/A轉換或生成脈寬調制輸出信號。MSP430F1121內含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
MSP430F1121有ACLK(輔助時(shí)鐘)、MCLK（主系統時(shí)鐘）和SMCLK(子系統時(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則可將DCO振蕩器產(chǎn)生的頻率經(jīng)軟件FLL后得到。
圖2 電機轉速控制原理圖
DCOCLK的軟件FLL方法為：DCO基礎頻率由內部或外部電阻向DC發(fā)生器注入的電流決定（可由DCOR控制位來(lái)選擇片內或片外電阻），當DCOCLK為5MHz時(shí)選片內電阻，DCOCLK大于5MHz時(shí)，選擇片外電阻。它的基礎頻率可由電阻控制位Rsel2、Rsel1、Rsel0分頻8為個(gè)標稱(chēng)頻率范圍，然后由控制位DCO2、DCO1、DCO0再進(jìn)行分頻調節，調整位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(gè)設置時(shí)鐘的程序，該程序以將ACLK設置為4096Hz（LFXT1CLK/8=32768Hz/8=4096Hz）、DCOCLK設置為8MHz、MCLK和SMCLK選擇DCOCLK為例進(jìn)行編寫(xiě)，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(mén)狗
BCSCTL1|=DIVA1 DIVA0; //ACLK=LFXT1CLK/8
BCSCTL2|=DCOR; //用外部電阻
Setdco();
}
void setdco(void)
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