【正文】 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稱的驅(qū)動特性，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。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。 速度檢測電路的設(shè)計(jì) 速度測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) 。 由于系統(tǒng)要求比較簡單，所以采用 Atmega16 單片機(jī)來對電機(jī)進(jìn)行控制。軟件部分采用 C 語言進(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。在工業(yè)控制領(lǐng)域，機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動和自動生產(chǎn)線、電子產(chǎn)品加工裝備上的各種中小功率的驅(qū)動等。其主磁場的強(qiáng)弱與負(fù)載電流大小有直接關(guān)系，所以僅對電機(jī)有特殊性能要求時(shí)才采用。 直流電機(jī)勵(lì)磁 直流電機(jī)的主磁場由勵(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。直流電動機(jī)具有調(diào)速性能較好和起動轉(zhuǎn)矩較大等優(yōu)點(diǎn)。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)動簡單和可以自關(guān)斷等優(yōu)點(diǎn)，克服了晶閘管的主要缺點(diǎn)。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)動控制系統(tǒng)將成為新一代運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。變頻技術(shù)和脈寬調(diào)制技術(shù)已成為電動機(jī)控制的主流技術(shù)。 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。 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)、電動機(jī)系統(tǒng)，使調(diào)速性能指標(biāo)又進(jìn)一步提高。 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。 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，隨著科技的進(jìn)步，直流電機(jī)得到了越來越廣泛的應(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)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)，在生產(chǎn)過程自動化系統(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)對直流電機(jī)的需求日益增大，并對其性能提出了更高的要求，為此，研究并制造高性能、高可靠性的直流電機(jī)控制系統(tǒng)有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。文中采用 AVR 單片機(jī) ATmega16 產(chǎn)生 PWM 信號、 RI2110 驅(qū)動、行列式鍵盤控制及 LCD 顯示，并采取轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán) PID 算法對直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)。 PWM 軟件設(shè)計(jì) ........................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，以及市場對產(chǎn)品功能和性能的要求不斷提高，直流電動機(jī)的應(yīng)用更加廣泛，尤其是在智能機(jī)器人中的應(yīng)用。 直流電機(jī)常用調(diào)速方法以及調(diào)速發(fā)展方向 常用的控制直流電動機(jī)有以下幾種 ： 一． 最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用恒定 的直流電壓向直流電動機(jī)電樞供電 通過改變電樞回路中的電阻來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 四 .1957 年世界上出現(xiàn)了第一只晶閘管，與其它變流元件相比，晶閘管具有許多獨(dú)特的優(yōu)越性，因而晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)立即顯示出強(qiáng)大的生命力。近年來，一些先進(jìn)國家陸續(xù)推出并大量使用以微機(jī)為控制核心的直流電氣傳動裝置，如西門子公司的 SIMOREG K6RA2 ABB 公司的 PAD/PSD 等等。電動機(jī)的驅(qū)動部分所采用的功率器件經(jīng)歷了幾次的更新?lián)Q代以后，速度更快，控制更容易的全控型功率器件MOSFET 和 IGBT 逐漸成為主流。 直流調(diào)速系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 數(shù)字直流調(diào)速裝置，從技術(shù)上，它能成功地做到從給定信號、調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定、直到觸發(fā)脈沖的數(shù)字化，使用通用硬件平臺附加軟件程序控制一定范圍功率和電流大小的直流電機(jī)，同一臺控制器甚至可以僅通過參數(shù)設(shè)定和使用不同的軟件版本對不同類型的被控對象進(jìn)行控制 ，強(qiáng)大的通訊功能使它易和 PLC 等各種器件通訊組成整個(gè)工業(yè)控制過程系統(tǒng)，而且具有操作簡便、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，尤其是方便靈活的調(diào)試方法、完善的保護(hù)功能、長期工作的高可靠性和整個(gè)控制器體積小型化，彌補(bǔ)了模擬直流調(diào)速控制系統(tǒng)的保護(hù)功能不完善、調(diào)試不方便、體積大等不足之處，且數(shù)字控制系統(tǒng)表現(xiàn)出另外一些優(yōu)點(diǎn)，如查找故障迅速、調(diào)速精度高、維護(hù)簡單，使其具備了廣一闊的應(yīng)用前景。但由于進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，也給出了國產(chǎn)全數(shù)字控制直流調(diào)速裝置的發(fā)展空間。 直流電機(jī)工作原理 在直流電動機(jī)中，外加電壓并不是直接加在線圈兩端，而是通過電刷 BB2 和換向器再加到線圈上。按勵(lì)磁供電方式不同，直流電機(jī)可分為他勵(lì)和自勵(lì)兩大類。由于直流電機(jī)具有良好的線性調(diào)速特性、控制簡單、效率高及優(yōu)異的動態(tài)特性，長期以來一直占據(jù)著調(diào)速控制領(lǐng)域的統(tǒng)治地位。設(shè)計(jì)思路在第三章中詳細(xì)論證。 （ 3） 126x6464LCD 顯示模塊提供一個(gè)人機(jī)對話界面，并實(shí)時(shí)顯示電機(jī)運(yùn)行速 10 度和運(yùn)行時(shí)間。 方案三：直接采用 4個(gè)三極管搭成橋式電路來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動。在運(yùn)行過程中控制器產(chǎn)生 PWM 脈沖送到電機(jī)驅(qū)動電路中，經(jīng)過放大后控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，同時(shí)利用速度檢測模塊將當(dāng)前轉(zhuǎn)速反饋到控制器中，控制器經(jīng) PID 運(yùn)算后改變 PWM脈沖的占空比，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)控制的目的。 13 工作于空閑模式時(shí) CPU 停止工作，而 USART、兩線接口、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 SRAM、T/C、 SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；停電模式時(shí)晶體振蕩器 [1]停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時(shí)終止 CPU 和除了異步定時(shí)器與 ADC 以外所有 I/O 模塊的工作，以降低ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開關(guān)噪聲； Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)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(shí)具有快速啟動能力；擴(kuò)展 Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作。端口 A 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。端口 B 也可以用做其他不同的 特殊功能 . 端口 C(PC7..PC0)：端口 C 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 D 處于高阻狀態(tài)。不使用 ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接與 VCC連接。因此，在這個(gè)電路中， Q Q4 或者 Q Q3是不可能持續(xù)、不間斷的導(dǎo)通的，設(shè)計(jì)采用 PWM 信號來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 因電樞上的工作電壓是雙極性矩形 脈沖波形，由于存在著機(jī)械慣性的緣故，電動機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速是由矩形脈沖電壓的平均值來決定的。 本設(shè)計(jì)采用 128x64 全點(diǎn)陣液晶顯示器組成，可完成漢子顯示和圖形顯示。 本設(shè)計(jì)使用 4x4 鍵盤用以實(shí)現(xiàn)對 P、 I、 D 三個(gè)參數(shù)和電機(jī) 正反轉(zhuǎn)的設(shè)定，以及對電機(jī)啟動、停止、暫停、繼續(xù)的控制，其電路原理如圖 所示。顯 然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個(gè)具有 N 位二進(jìn)制分辨率的編碼器，其碼盤必須有 N條碼道。低電平頻率越大，就說明電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，反之，就說明電 機(jī)轉(zhuǎn)速較低，通過脈沖電平前后的變化，可以看出電機(jī)運(yùn)行時(shí)加速還是減速。如果使用 200x 增益，可得到 7 位分辨率。 C 語言支持自頂向下的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，并且支持模塊化程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于測量，通信，功率控制與變換等許 多領(lǐng)域。 多數(shù)負(fù)載 (無論是電感性負(fù)載還是電容性負(fù)載 )需要的調(diào)制頻率高于 10Hz，通常調(diào)制頻率為 1kHz 到 200kHz 之間。 對小功率直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，使用微型計(jì)算機(jī)或單片 機(jī)來控制是極為方便的。 ③專用 PWM 集成電路采用芯片制造商生產(chǎn)專用的 PWM 集成電路芯片 ,該方法功能強(qiáng) ,但增 加了調(diào)速系統(tǒng)的成本開銷 。 IT0=1。 cc=0。 //清 屏 Left()。 left()。 left()。 right()。 left()。 left()。 right()。 Left()。) //等待啟動鍵按下 {switch(set) {case 0:break。 For(flag=0,n=0。} left()。Disp_Digit (2,36,s[n])。Disp_Digit (2,36,kong)。 Kpp+=n。Disp_Digit (2,52,s[n])。 right()。 Delay12864(2500)。 Delay12864(1000)。 For(flag=0,n=0。} right()。Disp_Digit (4,36,s[0])。Disp_Digit (4,28,s[n])。Disp_Digit (4,36,kong)。 Kdd+=n。 If(flag==1)break。Disp_Digit(4,36,s