【正文】 Disp_Digit (2,28,s[n])。Disp_Digit (2,28,s[n])。) { left()。 left()。 case 1: left()。Disp_Chinese(6,44,zheng)。Disp_Chinese(6,20,xiang)。Disp_Digit(4,44,s[0])。Disp_Digit(4,28,s[0])。Disp_Chinese(4,4,V)。Disp_Digit (4,4,dian0)。Disp_Digit (4,28,s[0])。Disp_Chinese(4,4,Kd)。Disp_Digit(2,24,dian0)。Disp_Digit(2,28,s[0])。Disp_Chinese(2,4,Ki)。Disp_Digit (2,24,dian0)。Disp_Digit (2,28,s[0])。Disp_Chinese(2,4,Kp)。Disp_Chinese(0,0,she)。Disp_Chinese(0,32,can)。 Init_lcd()。 zan ting=0。en2=0。 EXO=1。 圖 PWM 產(chǎn)生流程圖 31 主流程圖 主程序完成系統(tǒng)初始化、中斷判斷、數(shù)據(jù)檢測(cè)機(jī)處理和電機(jī)的 PID調(diào)節(jié)等工作，主程序結(jié)構(gòu)如圖 所示： 圖 主流程圖 系統(tǒng)主程序 （包含 PWM 波產(chǎn)生程序） include include include Main() {zf=0。 ④單片機(jī)的 PWM 口新一代的許多單片機(jī)具有 PWM 功能。 由以上公式可知，當(dāng)改變占空比，就可以得到不同的電機(jī)平均速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。其方法是通過改變電機(jī)電樞電壓與通電周期的比值（即占空比）來(lái)控制電機(jī)速度。 所以通過調(diào)節(jié)占空比 ,可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓的目的 ,而且輸出電壓可以無(wú)級(jí)連續(xù)調(diào)節(jié) 。 PWM 的占空比決定輸出到直流電機(jī)的平均電壓 。電壓或電流源是以一種通 (ON)或斷 (OFF)的重復(fù) 28 脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。一種模擬控制方式，根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來(lái)調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來(lái)實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶 體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定。 本系統(tǒng)采用 PID 算法，程序流程圖如下圖所示。采用 C 語(yǔ)言開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)程序是單片機(jī)軟件開發(fā)的首選。由于匯編語(yǔ)言編寫的系統(tǒng)程序的可讀性和移植性都比較差，因此，系統(tǒng)的調(diào)試工作也比較困難，產(chǎn)品的開發(fā)周期也比較長(zhǎng)。 ADC 包括一個(gè)采樣保持電路，以確保在轉(zhuǎn)換過程中輸入到 ADC 的電壓保持恒定。兩路差分輸入 (ADC ADC0 與 ADC ADC2)有可編程增益級(jí)，在 A/D 轉(zhuǎn)換前給差分輸入電壓提供 0dB(1x)、20dB(10x) 或 46dB(200x)的放大級(jí)。 24 圖 （ a） （ b） （ c） 25 AVR 數(shù)模轉(zhuǎn)換特點(diǎn) ATmega16 有一個(gè) 10 位的逐次逼近型 ADC。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差 90 度的兩路脈沖信號(hào) 。目前國(guó)內(nèi)已有 16位的絕對(duì)編碼器產(chǎn)品。一般光電編碼器分為絕對(duì)式編碼器和增量式編碼器兩種。圖中 L0L3為 4x4 鍵盤的列信號(hào)， H0H3 為 4x4 鍵盤的行信號(hào)。獨(dú)立式鍵盤每一個(gè)按鍵需占用一根輸入線 ，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，輸入口浪費(fèi)嚴(yán)重，此種鍵盤只適用于按鍵少或?qū)ο到y(tǒng)操作速度較快的場(chǎng)合。 圖 128x64LCD引腳 鍵盤電路設(shè)計(jì) 鍵盤是由若干按鍵 組成的開關(guān)舉證，它是微控制器必不可少的設(shè)計(jì)單元，按鍵閉合時(shí)能輸入數(shù)字的鍵稱為數(shù)字鍵，能輸入命令以實(shí)現(xiàn)某種功能的鍵稱為命令鍵。 當(dāng) λ 1時(shí)， VOUT0,電機(jī)正轉(zhuǎn)。 設(shè) PWM 波的周期為 T， HIN 為高電平的時(shí)間為 t1，這里忽略死區(qū)時(shí)間，那么LIN 為高電平的時(shí)間就為 Tt1,。此時(shí) Q2的漏極接近于零電平， VCC通過 D1向 C1 充電，為 Q1的又一次導(dǎo)通做準(zhǔn)備。 將 IC1 的 HIN端與 IC2的 LIN 端相連，而把 IC1 的 LIN 端與 IC2 的 HIN 端相連，這樣就使得兩 片芯片所輸出的信號(hào)恰好相反。 IR2110 的應(yīng)用可以極大地提高控制系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行成本。使用 ADC時(shí)應(yīng)通過一個(gè)低通濾波器與 VCC 連接。 XTAL1：反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端。端口 D 也可以用做其他不同的特殊功能 . RESET ：復(fù)位輸入引腳。端口 C 也可以用做其他不同的特殊功能 . 端口 D(PD7..PD0)：端口 D 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。 通過將 8 位RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的 Flash 集成在一個(gè)芯片內(nèi)， ATmega16 成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。 本芯片是以 Atmel 高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)的。所有的寄存器都直接與運(yùn)算邏單元 (ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。 圖 系統(tǒng)方案框圖 系統(tǒng)硬件分配 采用 ATmega16 單片機(jī)作為核心器件，轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊為電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置， IR2110 12 作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊，利用 128x64LCD 顯示器和 4x4 鍵盤作為人機(jī)接口。 速度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 速度測(cè)量采用光電編碼器進(jìn)行速度采集， 利用光電傳感器將電機(jī)速度轉(zhuǎn)化成脈沖頻率反饋到單片機(jī)中，構(gòu)成轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng) 。 本設(shè)計(jì)采用方案二，采用芯片 RI2110 方便硬件設(shè)計(jì)，減少硬件帶來(lái)更大的麻煩。 由于系統(tǒng)要求比較簡(jiǎn)單，所以采用 Atmega16 單片機(jī)來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。 （ 4）利用 Proteus 軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真，從而進(jìn)一步驗(yàn)證電路和 程序的正確性，避免不必要損失。軟件部分采用 C 語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)為：可移植性強(qiáng)、算法容易、修改及調(diào)試方便、易讀等。 9 第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)思路 題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)基于 AVR 基單片機(jī) 小型 直流電機(jī) PID 調(diào)速控制系統(tǒng) ， 設(shè)計(jì)要求如下： 1．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，電路板工作穩(wěn)定可靠； 2．能顯示直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速顯示分辨力為 ； 3．直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化范圍為電機(jī)正常轉(zhuǎn)速的177。在工業(yè)控制領(lǐng)域，機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)和自動(dòng)生產(chǎn)線、電子產(chǎn)品加工裝備上的各種中小功率的驅(qū)動(dòng)等。近年來(lái)，隨著交流變頻電機(jī)及無(wú)刷電機(jī)的調(diào)速控制技術(shù)的不斷成熟，直流電機(jī)正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。其主磁場(chǎng)的強(qiáng)弱與負(fù)載電流大小有直接關(guān)系，所以僅對(duì)電機(jī)有特殊性能要求時(shí)才采用。 他勵(lì)電機(jī)勵(lì)磁 他勵(lì)電機(jī)的勵(lì)磁電流由獨(dú)立的直流電源供電，其大小與電樞兩端電壓無(wú)關(guān)，如圖 所示，有較好的運(yùn)行性能。 直流電機(jī)勵(lì)磁 直流電機(jī)的主磁場(chǎng)由勵(lì)磁線圈通人直流電流產(chǎn)生，只有微型直流電機(jī)才采用永久磁鐵。由于電刷固定不動(dòng)，對(duì)于圖中的情況，電流 i 總是從電刷 B1 流人，從電刷 B2 流出。直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速性能較好和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大等優(yōu)點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)許多大專院校、科研單位和廠家也都在開發(fā)全數(shù)字直流調(diào)速裝置。隨著新型電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展， IGBT(絕緣柵雙極型晶體管 )具有開關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單和可以自關(guān)斷等優(yōu)點(diǎn)，克服了晶閘管的主要缺點(diǎn)。國(guó)外主要電氣公司如瑞典的 ABB 公司、德國(guó)的西門子公司、 AEG 公司、日本的三菱公司、東芝公司、美國(guó)的 GE 公司、西屋公司等，均已經(jīng)開發(fā)出多個(gè)數(shù)字直流調(diào) 速裝置，有成熟的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模板化的應(yīng)用產(chǎn)品。所以應(yīng)用先進(jìn)控制算法， 4 開發(fā)全數(shù)字化智能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)將成為新一代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。功 率器件控制條件的變化和微電子技術(shù)的使用也使新型的電動(dòng)機(jī)控制方法能夠得到實(shí)現(xiàn)。變頻技術(shù)和脈寬調(diào)制技術(shù)已成為電動(dòng)機(jī)控制的主流技術(shù)。隨著現(xiàn)代化步伐的加快，人們生活水平的不斷提高，對(duì)自動(dòng)化的需求也越來(lái)越高，直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域也不斷 擴(kuò)大。 以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，直流 調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展。由于它具有體積小、響應(yīng)快、工作可靠、壽命長(zhǎng)、維修簡(jiǎn)便等一系列優(yōu)點(diǎn)，采用晶閘管供電，不 僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上和可靠性有所提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。 三 .自出現(xiàn)汞弧變流器后，利用汞弧變流器代替上述發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，使調(diào)速性能指標(biāo)又進(jìn)一步提高。這種方法簡(jiǎn)單易行設(shè)備制造方便，價(jià)格低廉。 微機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，在控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速性能、過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)顯得十分重要，為了能夠適應(yīng)發(fā)展的要求，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展。 主流程圖 .......................................................................................................... 31 系統(tǒng)主程序（包含 PWM 波產(chǎn)生程序） ............................................................. 31 鍵盤程序流程 ................................................................................................... 39 鍵盤程序 .......................................................................................................... 40 定時(shí)器程序流程 ................................................................................................ 42 定時(shí)器程序 ....................................................................................................... 42 ................................................................................................... 44 顯示器程序 ..................................................................................................... 45 定時(shí)器程序 ..................................................................................................... 47 第五章 系統(tǒng)仿真 ....................................................................................................... 49 第六章 結(jié)論 ................................................................................................................ 50 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 51 附錄 .............................................................................................................................. 52 辭謝 .............................................................................................................................. 67 1 第一 章 緒論 緒論 1 現(xiàn)在電氣傳動(dòng)的主要方向之一是電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用微處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步，直流電機(jī)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，直流電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，它具有調(diào)速平滑 、方便、調(diào)速范圍廣的特點(diǎn)，并且過載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，在生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)中需要直流電機(jī)能滿足各種不同的特殊要求，從而對(duì)直流電機(jī)提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調(diào)速、改變電壓調(diào)速等技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代科技的要求，并且隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各個(gè)行業(yè)對(duì)直流電機(jī)的需求日益增大，并對(duì)其性能提出了