【正文】 片機主要由于工藝及設計水平不高、功耗高和抗干擾性能差等原因，所以采取穩(wěn)妥方案：即采用較高的分頻系數(shù)對時鐘分頻，使得指令周期長，執(zhí)行速度慢。最后，還必須掌握生產(chǎn)過程的工藝性能及被測參數(shù)的測量方法，以及被控對象的動、靜態(tài)特性，有時甚至要求給出被控對象的數(shù)學模型?？梢哉f是日新月異的發(fā)展著。最后編寫軟件部分，將程序輸入單片機并運行系統(tǒng)，使系統(tǒng)工作。這個設計最終目的是設計出一個可以控制直流電機旋轉的系統(tǒng)?，F(xiàn)在比較常用的直流電機包括反應式直流電機、永磁式直流電機、混合式直流電機和單相式直流電機等。到了80年代后，由于廉價的微型計算機以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，直流電動機的控制方式更加靈活多樣。由于它具有良好的線性調速特性，控制簡單，效率高及優(yōu)異的動態(tài)特性,長期以來一直戰(zhàn)局著調速控制領域的統(tǒng)治地位。直流電機作為控制執(zhí)行元件，是機電一體化的關鍵產(chǎn)品之一，廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)和精密機械等領域。采用這種RISC結構，使得AVR系列的單片機具備1MIPS/MHZ的高速處理能力。國內中小功率直流電機的調速系統(tǒng)大量地采用脈沖寬度(PWM)調速技術，正在迅速地取代SCR直流調速系統(tǒng)。直流電機由于具有速度控制容易，啟、制動性能良好，且在寬范圍內平滑調速等特點而在冶金、機械制造、輕工等工業(yè)部門中得到廣泛應用。因此對電動機的控制變得越來越重要了。 DCmotor。文章詳細介紹了本調速控制系統(tǒng)的工作原理、PWM驅動接口電路和K1010光電耦合器，LMD18200驅動電路，串行通信控制電路相應的軟件設計。ATmega16是基于增強的AVR RISC結構的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。軟件通過ICCAVR編寫，然后用AVRStudio進行仿真并將編譯通過的程序代碼下載到ATmega16之中對系統(tǒng)進行控制。 PWM。電動機的控制技術的發(fā)展得力于微電子技術、電力電子技術、傳感器技術、永磁材料技術、自動控制技術、微機應用技術的最新發(fā)展成就。隨著生產(chǎn)和科技的發(fā)展，一方面對電機調速系統(tǒng)在控制精度、工作速度、快速啟、制動及逆轉性能以及在寬范圍的調速等諸方面要求越來越高；另一方面，電機控制系統(tǒng)也經(jīng)歷了交磁放大器、磁放大器、可控離子變速器、可控硅和計算機控制的發(fā)展歷程。尤其是單片機控制的智能化調速系統(tǒng)有可能直接安裝在電機座上而做到與電機一體化，節(jié)省了專用控制機矩，從而使設備的可靠性、。AVR高端產(chǎn)品ATmega系列的部分單片機中還集成了在線調試單元，通過JTAG即可實現(xiàn)在線調試和程序下載功能。例如，在儀器儀表，機床設備以及計算機的外圍設備中（如打印機和繪圖儀等），凡需要對轉角進行精確控制的情況下，使用直流電機最為理想。近年來，隨著交流變頻電機及無刷電機的調速控制技術的不斷成熟，直流電機正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。原來的直流電機控制系統(tǒng)采用分立元件或者集成電路組成的控制回路，不僅調試安裝復雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設計電路。其中反應式直流電機的轉子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導的變化產(chǎn)生轉矩。本次設計主要實現(xiàn)了以下幾個功能：(1) 設計兩個穩(wěn)壓電源接口，可以接入適合單片機工作的5V電源和LMD18200使用的12V電源。2 AVR單片機簡介 單片機系統(tǒng)概述隨著材料科學、工藝技術、計算機技術的發(fā)展與進步，電路系統(tǒng)向著集成度極高的方向發(fā)展。其中單片機在控制系統(tǒng)中的應用是越來越普遍了。 ATmega16功能概述AVR單片機是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強型內置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU)精簡指令集高速8位單片機。以后的 CMOS單片機雖然采用提高時鐘頻率和縮小分頻系數(shù)等措施，但這種狀態(tài)并未被徹底改觀(51以及51兼容)。AVR單片機硬件結構采取8位機與16位機的折中策略，即采用局部寄存器存堆(32個寄存器文件)和單體高速輸入/輸出的方案(即輸入捕獲寄存器、輸出比較匹配寄存器及相應控制邏輯)。內嵌長壽命的EEProm可長期保存關鍵數(shù)據(jù)，避免斷電丟失。其中與8/16位定時器配合的具有多達10位的預分頻器，可通過軟件設定分頻系數(shù)提供多種檔次的定時時間。TWI與I2C接口兼容，具備ACK信號硬件發(fā)送與識別、地址識別、總線仲裁等功能，能實現(xiàn)主/從機的收/發(fā)全部4種組合的多機通信。AVR單片機技術體現(xiàn)了單片機集多種器件(包括FLASH程序存儲器、看門狗、EEPROM、同/異步串行口、TWI、SPI、A/D模數(shù)轉換器、定時器/計數(shù)器等)和多種功能(增強可靠性的復位系統(tǒng)、降低功耗抗干擾的休眠模式、品種多門類全的中斷系統(tǒng)、具輸入捕獲和比較匹配輸出等多樣化功能的定時器/計數(shù)器、具替換功能的I/O端口……)于一身，充分體現(xiàn)了單片機技術的從“片自為戰(zhàn)”向“片上系統(tǒng)SoC”過渡的發(fā)展方向。 ATmega16 AVR內核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。工作于空閑模式時CPU停止工作，而USART、兩線接口、A/D 轉換器、SRAM、T/C、SPI端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時器繼續(xù)運行，允許用戶保持一個時間基準，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)；ADC噪聲抑制模式時終止CPU 和除了異步定時器與ADC以外所有I/O模塊的工作，以降低ADC轉換時的開關噪聲；Standby模式下只有晶體或諧振振蕩器運行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時具有快速啟動能力；擴展Standby模式下則允許振蕩器和異步定時器繼續(xù)工作。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。?端口D(PD7..PD0)：端口D為8位雙向I/O口，具有可編程的內部上拉電阻。?RESET：復位輸入引腳。?XTAL1：反向振蕩放大器與片內時鐘操作電路的輸入端。使用ADC時應通過一個低通濾波器與VCC連接。因此它必須能夠訪問存儲器、執(zhí)行運算、控制外設以及處理中斷。這個概念實現(xiàn)了指令的單時鐘周期運行。在典型的ALU操作中，兩個位于寄存器文件中的操作數(shù)同時被訪問，然后執(zhí)行運算，結果再被送回到寄存器文件。這些附加的功能寄存器即為16位的X、Y、Z寄存器。程序流程通過有/無條件的跳轉指令和調用指令來控制，從而直接尋址整個地址空間。用于寫應用程序區(qū)的SPM指令必須位于引導程序區(qū)。這個指針位于I/O空間，可以進行讀寫訪問?？刂萍拇嫫魑挥贗/O空間。 I/O存儲器空間包含64個可以直接尋址的地址，作為CPU外設的控制寄存器、SPI，以及其他I/O功能。此外，ATmega16還有EEPROM存儲器以保存數(shù)據(jù)。用戶程序的安全性要根據(jù)Flash程序存儲器的兩個區(qū)：引導(Boot)程序區(qū)和應用程序區(qū)，分開來考慮。前1120個數(shù)據(jù)存儲器包括了寄存器文件、I/O存儲器及內部數(shù)據(jù)SRAM。直接尋址范圍可達整個數(shù)據(jù)區(qū)。EEPROM數(shù)據(jù)存儲器ATmega16包含512字節(jié)的EEPROM 數(shù)據(jù)存儲器。 I/O口介紹作為通用數(shù)字I/O使用時，所有AVR I/O端口都具有真正的讀修改寫功能。并有保護二極管與VCC和地相連。當寄存器MCUCR的上拉禁止位PUD置位時所有端口引腳的上拉電阻都被禁止。DDxn用來選擇引腳的方向。復位時各引腳為高阻態(tài)，即使此時并沒有時鐘在運行。如果使用情況不是這樣子，可以通過置位SFIOR寄存器的PUD來禁止所有端口的上拉電阻。如果端口A的部分引腳置為輸出，當轉換時不能切換，否則會影響轉換結果。設置為輸入后，上拉電阻由PORTB7控制。設置為輸入后，上拉電阻由PORTB6控制。設置為輸入后，上拉電阻由PORTB5控制。工作于主機模式時，這個引腳的數(shù)據(jù)方向由DDB4控制。OC0，輸出比較匹配輸出：PB3引腳可作為T/C0比較匹配的外部輸出。配置該引腳為輸入時，切斷內部上拉電阻，防止數(shù)字端口功能與模擬比較器功能相沖突。XCK，USART外部時鐘。若JTAG接口使能，即使出現(xiàn)復位，引腳PC5(TDI)、PC3(TMS)與PC2(TCK)的上拉電阻將被激活。在這種模式下，晶體振蕩器與該引腳相聯(lián)，該引腳不能作為I/O引腳。當JTAG接口使能，該引腳不能作為I/O引腳。? TCK–端口C,Bit2TCK，JTAG測試時鐘：JTAG工作在同步模式下。當該引腳使用兩線串行接口，仍可由PORTC1位控制上拉。（4）端口D的第二功能 端口D的第二功能端口引腳第二功能PD7OC2 (T/C2 輸出比較匹配輸出)PD6ICP1 (T/C1 輸入捕捉引腳)PD5OC1A (T/C1 輸出比較A 匹配輸出)PD4OC1B (T/C1 輸出比較B 匹配輸出 )PD3INT1 ( 外部中斷1 的輸入)PD2INT0 ( 外部中斷0 的輸入)PD1TXD (USART 輸出引腳)PD0RXD (USART 輸入引腳)第二功能配置如下：? OC2–端口D,Bit7OC2，T/C2輸出比較匹配輸出：PD7引腳作為T/C2輸出比較外部輸入。? OC1A–端口D,Bit5OC1A，T/C2輸出比較匹配A輸出：PD5引腳作為T/C1輸出比較A外部輸入。在該功能下引腳作為輸出(DDD4置1)。? INT0–端口D,Bit2INT0，外部中斷0。? RXD–端口D,Bit0RXD是USART的數(shù)據(jù)接收引腳。如果程序永遠不利用中斷功能，中斷向量可以由一般的程序代碼所覆蓋。所有的復位信號消失之后，芯片內部的一個延遲計數(shù)器被激活，將內部復位的時間延長。電源電壓低于上電復位門限VPOT時，MCU復位。看門狗使能并且看門狗定時器溢出時復位發(fā)生。復位寄存器為1時MCU復位。：時鐘分布 時鐘分布（1）CPU時鐘－CPU時鐘與操作AVR內核的子系統(tǒng)相連，如通用寄存器文件、狀態(tài)寄存器及保存堆棧指針的數(shù)據(jù)存儲器。要注意的是有些外部中斷由異步邏輯檢測，因此即使I/O時鐘停止了這些中斷仍然可以得到監(jiān)控。（4）異步定時器時鐘－ASY異步定時器時鐘允許異步定時器/計數(shù)器與LCD控制器直接由外部32kHz時鐘晶體驅動。時鐘源ATmega16芯片有如下幾種通過Flash熔絲位進行選擇的時鐘源。當CKOPT被編程時振蕩器在輸出引腳產(chǎn)生滿幅度的振蕩。 時鐘源選擇器件時鐘選擇外部晶體/陶瓷振蕩器11111010外部低頻晶振1001外部RC振蕩器10000101標定的內部RC振蕩器01000001外部時鐘0000其優(yōu)點是大大降低了功耗，但是頻率范圍比較窄，而且不能驅動其他時鐘緩沖器。 總體電路設計直流電機控制系統(tǒng)主要是由上位機發(fā)出指令,通過串行通信電路將TIA/EIA232F電平轉換成5V TTL/CMOS電平。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調電容，從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機的時鐘電路。復位都是通過復位電路來完成的，復位電路的實現(xiàn)有很多種方法，但是從功能上一般分為兩種：一種是電源復位，即外部電路的復位電路在系統(tǒng)上電之后自動進行復位；另一種方法是在復位電路按鍵設計開關，通過按鍵開關出發(fā)復位電平，從而控制單片機的復位。該器件包含2驅動器、2接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA232F電平。30V輸入電平低電源電流：典型值是8mA符合甚至優(yōu)于ANSI標準 EIA/ESD保護大于MILSTD883（方法3015）標準的2000V 內部結構 第一部分是電荷泵電路。由11114腳構成兩個數(shù)據(jù)通道。第三部分是供電。同一芯片上集成有CMOS控制電路和DMOS功率器件，利用它可以與主處理器、電機和增量型編碼器構成一個完整的運動控制系統(tǒng)。典型應用? 驅動直流電機、步機電機? 伺服機構系統(tǒng)位置與轉速? 應用于機器人控制系統(tǒng)? 應用于數(shù)字控制系統(tǒng)? 應用于電腦打印機與繪圖儀內部結構和引腳說明。該腳控制輸出1與輸出2（腳10）之間電流的方向，從而控制馬達旋轉的方向。3腳為邏輯高電平時，H橋中2個高端晶體管導通；3腳呈邏輯低電平時，H橋中2個低端晶體管導通。7電源正端與負端芯片結溫達145℃時，該端變?yōu)榈碗娖?；結溫達170℃時，芯片關斷。可在引腳11外接電容形成第二個充電泵電路，外接電容越大，向開關管柵極輸入的電容充電速度越快，電壓上升的時間越短，工作頻率可以更高。如果過電流持續(xù)時間較長，過熱保護將關閉整個輸出。雙極性可逆系統(tǒng)雖然有低速運行平穩(wěn)性的優(yōu)點，但也存在著電流波動大，功率損耗較大的缺點，尤其是必須增加死區(qū)來避免開關管直通的危險，限制了開關頻率的提高，因此只用于中小功率直流電動機的控制。在驅動電路中還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，這也就是這節(jié)介紹的光電耦合電路。其類型有普通，高速和高傳輸比三種。 初始化程序設計 I/O初始化作為通用數(shù)字I/O使用時，所有AVRI/O端口都具有真正的讀修改寫功能。OC0，輸出比較匹配輸出：PB3引腳可作為T/C0 比較匹配的外部輸出。DDxn位于DDRx寄存器，PORTxn位于PORTx寄存器，PINxn位于PINx寄存器。中斷請求(.)信號在定時器中斷標志寄存器TIFR都有反映。時鐘選擇邏輯模塊控制使用哪一個時鐘源與什么邊沿來增加(或降低)T/C的數(shù)值。比較的結果可用來產(chǎn)生PWM波，或在輸出比較引腳OC0上產(chǎn)生變化頻率的輸出。TCCR0=(1WGM00)|(1COM01)|(1COM00)|(1CS01)；初始化定時器0的寄存器。時鐘發(fā)生器包含同步邏輯，通過它將波特率發(fā)生器及為從機同步操作所使用的外部輸入時鐘同步起來。由于接收器具有時鐘和數(shù)據(jù)恢復單元，它是USART模塊中最復雜的。時鐘產(chǎn)生邏輯為發(fā)送器和接收器產(chǎn)生基礎時鐘。使用同步模