【正文】 復(fù)位電路 17 時鐘電路 183 直流電機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 21 總體電路設(shè)計 21 時鐘電路 21 系統(tǒng)復(fù)位電路 21 串行通信接口電路設(shè)計 22 主要特點 22 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 23 Max232引腳圖 23 Max232 電路設(shè)計 23 驅(qū)動電路 24 LMD18200芯片介紹 24 各引腳的功能及原理 26 驅(qū)動電路設(shè)計 27 光電耦合電路 284 軟件設(shè)計 30 初始化程序設(shè)計 30 I/O初始化 30 定時器初始化 30 串口初始化 31 主程序 32 中斷及轉(zhuǎn)速控制子程序 34 串行數(shù)據(jù)傳輸程序 36 ICCAVR 37 開發(fā)環(huán)境ICCAVR介紹 37 開發(fā)及編譯 37 AVRStudio仿真 38 仿真器的特點 38 連接JTAG ICE 39 仿真環(huán)境 40 ATmega16單片機控制直流電機程序代碼 42結(jié) 論 49致 謝 50參考文獻 51附錄A 英文原文 52附錄B 中文翻譯 60附錄C 總體電路設(shè)計圖..........................................................................................................6768 / 721 緒論 課題的背景及意義在電氣時代的今天，電動機一直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用。尤其是最近幾年來，隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展及單片機的廣泛應(yīng)用，使調(diào)速裝置向集成化、小型化和智能化方向發(fā)展。這使得AVR單片機成為一種能滿足多種需求的高靈活性和低成本的高速微處理器。在多數(shù)調(diào)速控制場合，直流電機仍是最佳選擇?，F(xiàn)階段，反應(yīng)式直流電機獲得最多的應(yīng)用。CPU的生產(chǎn)制造技術(shù)，也朝著綜合性、技術(shù)性、實用性發(fā)展。AVR的單片機可以廣泛應(yīng)用于計算機外部設(shè)備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個領(lǐng)域。提高了指令執(zhí)行速度(1Mips/MHz)，克服了瓶頸現(xiàn)象，增強了功能；同時又減少了對外設(shè)管理的開銷，相對簡化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本。AVR單片機獨有的“以定時器/計數(shù)器（單）雙向計數(shù)形成三角波，再與輸出比較匹配寄存器配合，生成占空比可變、頻率可變、相位可變方波的設(shè)計方法(即脈寬調(diào)制輸出PWM)”更是令人耳目一新?？偨Y(jié)，與其它8bit MCU相比，AVR 8bit MCU最大的特點是：? 哈佛結(jié)構(gòu)，具備1MIPS/MHz的高速運行處理能力；? 超功能精簡指令集（RISC），具有32個通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用單一ACC進行處理造成的瓶頸現(xiàn)象；? 快速的存取寄存器組、單周期指令系統(tǒng)，大大優(yōu)化了目標(biāo)代碼的大小、執(zhí)行效率，部分型號FLASH非常大，特別適用于使用高級語言進行開發(fā)；? 作輸出時與PIC的HI/LOW相同，可輸出40mA（單一輸出），作輸入時可設(shè)置為三態(tài)高阻抗輸入或帶上拉電阻輸入，具備10mA20mA灌電流的能力；? 片內(nèi)集成多種頻率的RC振蕩器、上電自動復(fù)位、看門狗、啟動延時等功能，外圍電路更加簡單，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠；? 大部分AVR片上資源豐富：帶E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等；? 大部分AVR除了有ISP功能外，還有IAP功能，方便升級或銷毀應(yīng)用程序。產(chǎn)品特性? 高性能、低功耗的8位AVR微處理器? 先進的RISC 結(jié)構(gòu)? 131條指令? 大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期? 32個8位通用工作寄存器? 全靜態(tài)工作? 工作于16MHz時性能高達16MIPS? 只需兩個時鐘周期的硬件乘法器? 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器? 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，擦寫壽命：10,000次? 具有獨立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)，通過片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，真正的時讀寫操作? 512字節(jié)的EEPROM，擦寫壽命：100,000次? 1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM? 可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密? JTAG 接口(與IEEE ) 符合JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能 支持擴展的片內(nèi)調(diào)試功能 通過JTAG 接口實現(xiàn)對Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程外設(shè)特點? 兩個具有獨立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時器/計數(shù)器? 一個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數(shù)器? 具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器RTC? 四通道PWM? 8路10位ADC，8個單端通道，2個具有可編程增益（1x,10x,或200x）的差分通道? 面向字節(jié)的兩線接口? 兩個可編程的串行USART? 可工作于主機/從機模式的SPI串行接口? 具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器? 片內(nèi)模擬比較器? 特殊的處理器特點? 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測? 片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的RC振蕩器? 片內(nèi)/片外中斷源? 6種睡眠模式：空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby模式以及擴展的Standby模式? I/O和封裝? 32個可編程的I/O口? 40引腳PDIP封裝,44引腳TQFP封裝，與44引腳MLF封裝? 工作電壓: ATmega16L： ATmega16：? 速度等級 08MHz ATmega16L 016MHz ATmega16? ATmega16L在1MHz,3V,25176。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。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。?XTAL2：反向振蕩放大器的輸出端。為了獲得最高的性能以及并行性，AVR采用了Harvard結(jié)構(gòu)，具有獨立的數(shù)據(jù)和程序總線。整個過程僅需一個時鐘周期。大多數(shù)指令長度為16位，亦即每個程序存儲器地址都包含一條16位或32位的指令。數(shù)據(jù)SRAM可以通過5種不同的尋址模式進行訪問。映射到數(shù)據(jù)空間即為寄存器文件之后的地址0x200x5F。Flash存儲器至少可以擦寫10,000次。 ATmega16 SRAM 空間的組織結(jié)構(gòu) 帶偏移量的間接尋址模式能夠?qū)ぶ返接杉拇嫫鱕和Z給定的基址附近的63個地址。這意味著用SBI或CBI指令改變某些管腳的方向(或者是端口電平、禁止/使能上拉電阻)時不會無意地改變其他管腳的方向(或者是端口電平、禁止/使能上拉電阻)。端口配置引腳通用數(shù)字I/O的端口引腳是與第二功能復(fù)用的。當(dāng)引腳配置為輸出時，若PORTxn為“1”，引腳輸出高電平“1”，否則輸出低電平“0”。端口引腳第二功能PA7ADC7 (ADC 輸入通道7)PA6ADC6 (ADC 輸入通道6)PA5ADC5 (ADC 輸入通道5)PA4ADC4 (ADC 輸入通道4)PA3ADC3 (ADC 輸入通道3)PA2ADC2 (ADC 輸入通道2)PA1ADC1 (ADC 輸入通道1)PA0ADC0 (ADC 輸入通道0)（2）端口B的第二功能引腳配置如下：? SCK–端口B,Bit7SCK：SPI通道的主機時鐘輸出，從機時鐘輸入端口。 端口B的第二功能端口引腳第二功能PB7SCK (SPI 總線的串行時鐘)PB6MISO (SPI 總線的主機輸入/從機輸出信號)PB5MOSI (SPI 總線的主機輸出/從機輸入信號)PB4SS (SPI 從機選擇引腳)PB3AIN1 (模擬比較負輸入)OC0 (T/C0輸出比較匹配輸出)PB2AIN0 ( 模擬比較正輸入)INT2 (外部中斷2輸入)PB1T1 (T/C1 外部計數(shù)器輸入)PB0T0 (T/C0 外部計數(shù)器輸入)XCK(USART 外部時鐘輸入/輸出)? MOSI–端口B,Bit5MOSI：SPI通道的主機數(shù)據(jù)輸出，從機數(shù)據(jù)輸入端口。設(shè)置為輸入后，上拉電阻由PORTB4控制。INT2，外部中斷源2：PB2引腳作為MCU的外部中斷源。 端口C的第二功能端口引腳第二功能PC7TOSC2 ( 定時振蕩器引腳2)PC6TOSC1 ( 定時振蕩器引腳1)PC5TDI (JTAG 測試數(shù)據(jù)輸入)PC4TDO (JTAG 測試數(shù)據(jù)輸出)PC3TMS (JTAG 測試模式選擇)PC2TCK (JTAG 測試時鐘)PC1SDA ( 兩線串行總線數(shù)據(jù)輸入/ 輸出線)PC0SCL ( 兩線串行總線時鐘線)第二功能配置如下：? TOSC2–端口C,Bit7TOSC2，定時振蕩器引腳2：當(dāng)寄存器ASSR 的AS2 位置1，使能T/C2的異步時鐘，引腳PC7 與端口斷開，成為振蕩器放大器的反向輸出。TD0引腳在除TAP狀態(tài)情況外為三態(tài)，進入移出數(shù)據(jù)狀態(tài)。? SCL–端口C,Bit0SCL，兩線串行接口時鐘：當(dāng)TWCR寄存器的TWEN位置1使能兩線串行接口，引腳PC0未與端口連接，成為兩線串行接口的串行時鐘I/O引腳。在該功能下引腳作為輸出(DDD5 置1)。PD2引腳作為MCU的外部中斷源。這個處理方法同樣適用于當(dāng)復(fù)位向量位于應(yīng)用程序區(qū)，中斷向量位于Boot區(qū)—或者反過來—的時候。(2)外部復(fù)位。 時鐘電路AVR的主要時鐘系統(tǒng)及其分布。此外，USI模塊的起始條件檢測在沒有I/O的情況下也是異步實現(xiàn)的，使得這個功能在任何睡眠模式下都可以正常工作。時鐘輸入到AVR時鐘發(fā)生器，再分配到相應(yīng)的模塊。晶體振蕩器連接圖 晶體振蕩器連接圖振蕩器工作模式振蕩器可以工作于三種不同的模式，每一種都有一個優(yōu)化的頻率范圍。 系統(tǒng)所采用的晶體振蕩器為12MHz()足夠可以與微調(diào)電容起振,滿足系統(tǒng)所需的采樣頻率。該器件符合TIA/EIA232F標(biāo)準(zhǔn)，每一個接收器將TIA/EIA232F電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS電平。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。LMD18200廣泛應(yīng)用于打印機、機器人和各種自動化控制領(lǐng)域。4剎車輸入端剎車時，輸出驅(qū)動電流方向見表1。8電流取樣輸出端提供電流取樣信號，典型值為377 181。引腳10接直流電機電樞，正轉(zhuǎn)時電流的方向應(yīng)該從引腳步到引腳10；反轉(zhuǎn)時電流的方向應(yīng)該從引腳10到引腳2。本文中將介紹單極性可逆驅(qū)動方式。 光耦合器系統(tǒng)采用高速光電耦合器K1010來完成控制電路與主電路之間的電氣隔離。實現(xiàn)該功能時，PB3引腳必須配置為輸出(設(shè)DDB3為1)。所有中斷都可以通過定時器中斷屏蔽寄存器TIMSK單獨進行屏蔽。比較匹配事件還將置位比較標(biāo)志OCF0。XCK(發(fā)送器時鐘) 引腳只用于同步傳輸模式。USART支持4種模式的時鐘：正常的異步模式，倍速的異步模式，主機同步模式，以及從機同步模式。設(shè)置波特率：UBRRH=0X01；UBRRL=0x1F。如果數(shù)據(jù)不能有效使用，則向上位機返回“命令錯”重新檢查數(shù)據(jù)。 //Timer0 initializeasm (SEI)。設(shè)直流電源電壓為Ud，將電樞串聯(lián)一個電阻R，接到電源Ud，則電樞兩端的電壓Ua為： = （）顯然，調(diào)節(jié)電阻R即可改變端電壓，達到調(diào)速目的。 轉(zhuǎn)速子程序流程圖 中斷流程圖中斷及轉(zhuǎn)速程序：//串口接收中斷函數(shù)//中斷定義：USART， Rx 結(jié)束//中斷源：USART, RXCvoid UART_isr(void){unsigned char i。 break。 } } 串行數(shù)據(jù)傳輸程序單片機與上位計算機之間采用Max232的串行數(shù)據(jù)傳輸方式。ICCAVR是一個綜合了編輯器，工程管理器和C編譯器的集成開發(fā)環(huán)境（Integrated Development Environment,IDE）。 開發(fā)及編譯 打開軟件，將其保存在目標(biāo)文件夾。 仿真器的特點本仿真器的特點：同時完全支持AVR System。使用原廠AVR Studio的仿真監(jiān)控程序。如果有其它程序占用COM端口(例如，串口調(diào)試精靈，超級終端等)，在啟動AVR Studio前應(yīng)先關(guān)閉這些程序。為使JTAG ICE對目標(biāo)AVR重新編程，就需要控制復(fù)位引腳。 仿真環(huán)境安裝AVR STUDIO AVR Studio是一個面向AVR 全系列單片機的IDE環(huán)境，它包含有編輯器，匯編器，調(diào)試器和ATMEL 全系列仿真器的監(jiān)控程序。AUTO是編程自動操作功能。PORTC = (1PC1)。 // 啟動定時器0 預(yù)分頻比例64}//*********************************************************//***********************************************************//定時器0中斷函數(shù)//中斷定義：定時器/ 計數(shù)器0 溢出//中斷源：TIMER0 OVF//****************************************************************/*void Timer0