【正文】 復(fù)位電路 17 時(shí)鐘電路 183 直流電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 21 總體電路設(shè)計(jì) 21 時(shí)鐘電路 21 系統(tǒng)復(fù)位電路 21 串行通信接口電路設(shè)計(jì) 22 主要特點(diǎn) 22 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 23 Max232引腳圖 23 Max232 電路設(shè)計(jì) 23 驅(qū)動(dòng)電路 24 LMD18200芯片介紹 24 各引腳的功能及原理 26 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 27 光電耦合電路 284 軟件設(shè)計(jì) 30 初始化程序設(shè)計(jì) 30 I/O初始化 30 定時(shí)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(kāi)發(fā)環(huán)境ICCAVR介紹 37 開(kāi)發(fā)及編譯 37 AVRStudio仿真 38 仿真器的特點(diǎn) 38 連接JTAG ICE 39 仿真環(huán)境 40 ATmega16單片機(jī)控制直流電機(jī)程序代碼 42結(jié) 論 49致 謝 50參考文獻(xiàn) 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(jì)圖..........................................................................................................6768 / 721 緒論 課題的背景及意義在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)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(lái)，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及單片機(jī)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(jī)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(chǎng)合，直流電機(jī)仍是最佳選擇?，F(xiàn)階段，反應(yīng)式直流電機(jī)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(shí)用性發(fā)展。AVR的單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個(gè)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(qiáng)了功能；同時(shí)又減少了對(duì)外設(shè)管理的開(kāi)銷，相對(duì)簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本。AVR單片機(jī)獨(dú)有的“以定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（單）雙向計(jì)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(jì)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(diǎn)是：? 哈佛結(jié)構(gòu)，具備1MIPS/MHz的高速運(yùn)行處理能力；? 超功能精簡(jiǎn)指令集（RISC），具有32個(gè)通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用單一ACC進(jìn)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(hào)FLASH非常大，特別適用于使用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)；? 作輸出時(shí)與PIC的HI/LOW相同，可輸出40mA（單一輸出），作輸入時(shí)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(dòng)復(fù)位、看門(mén)狗、啟動(dòng)延時(shí)等功能，外圍電路更加簡(jiǎn)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(jí)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(jìn)的RISC 結(jié)構(gòu)? 131條指令? 大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期? 32個(gè)8位通用工作寄存器? 全靜態(tài)工作? 工作于16MHz時(shí)性能高達(dá)16MIPS? 只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器? 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器? 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，擦寫(xiě)壽命：10,000次? 具有獨(dú)立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)，通過(guò)片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，真正的時(shí)讀寫(xiě)操作? 512字節(jié)的EEPROM，擦寫(xiě)壽命：100,000次? 1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM? 可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)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?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能 通過(guò)JTAG 接口實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程外設(shè)特點(diǎn)? 兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器? 一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器? 具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC? 四通道PWM? 8路10位ADC，8個(gè)單端通道，2個(gè)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(gè)可編程的串行USART? 可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的SPI串行接口? 具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器? 片內(nèi)模擬比較器? 特殊的處理器特點(diǎn)? 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè)? 片內(nèi)經(jīng)過(guò)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(kuò)展的Standby模式? I/O和封裝? 32個(gè)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(jí) 08MHz ATmega16L 016MHz ATmega16? ATmega16L在1MHz,3V,25176。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。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。?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(dú)立的數(shù)據(jù)和程序總線。整個(gè)過(guò)程僅需一個(gè)時(shí)鐘周期。大多數(shù)指令長(zhǎng)度為16位，亦即每個(gè)程序存儲(chǔ)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(guò)5種不同的尋址模式進(jìn)行訪問(wèn)。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(chǔ)器至少可以擦寫(xiě)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(gè)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(shí)不會(huì)無(wú)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(shí)，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(jī)時(shí)鐘輸出，從機(jī)時(shí)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(shí)鐘)PB6MISO (SPI 總線的主機(jī)輸入/從機(jī)輸出信號(hào))PB5MOSI (SPI 總線的主機(jī)輸出/從機(jī)輸入信號(hào))PB4SS (SPI 從機(jī)選擇引腳)PB3AIN1 (模擬比較負(fù)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(jì)數(shù)器輸入)PB0T0 (T/C0 外部計(jì)數(shù)器輸入)XCK(USART 外部時(shí)鐘輸入/輸出)? MOSI–端口B,Bit5MOSI：SPI通道的主機(jī)數(shù)據(jù)輸出，從機(jī)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(shí)振蕩器引腳2)PC6TOSC1 ( 定時(shí)振蕩器引腳1)PC5TDI (JTAG 測(cè)試數(shù)據(jù)輸入)PC4TDO (JTAG 測(cè)試數(shù)據(jù)輸出)PC3TMS (JTAG 測(cè)試模式選擇)PC2TCK (JTAG 測(cè)試時(shí)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(shí)鐘線)第二功能配置如下：? TOSC2–端口C,Bit7TOSC2，定時(shí)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(shí)鐘，引腳PC7 與端口斷開(kāi)，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(jìn)入移出數(shù)據(jù)狀態(tài)。? SCL–端口C,Bit0SCL，兩線串行接口時(shí)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(shí)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(gè)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(guò)來(lái)—的時(shí)候。(2)外部復(fù)位。 時(shí)鐘電路AVR的主要時(shí)鐘系統(tǒng)及其分布。此外，USI模塊的起始條件檢測(cè)在沒(méi)有I/O的情況下也是異步實(shí)現(xiàn)的，使得這個(gè)功能在任何睡眠模式下都可以正常工作。時(shí)鐘輸入到AVR時(shí)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(gè)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(gè)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(jī)、機(jī)器人和各種自動(dòng)化控制領(lǐng)域。4剎車輸入端剎車時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)電流方向見(jiàn)表1。8電流取樣輸出端提供電流取樣信號(hào)，典型值為377 181。引腳10接直流電機(jī)電樞，正轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從引腳步到引腳10；反轉(zhuǎn)時(shí)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(dòng)方式。 光耦合器系統(tǒng)采用高速光電耦合器K1010來(lái)完成控制電路與主電路之間的電氣隔離。實(shí)現(xiàn)該功能時(shí)，PB3引腳必須配置為輸出(設(shè)DDB3為1)。所有中斷都可以通過(guò)定時(shí)器中斷屏蔽寄存器TIMSK單獨(dú)進(jìn)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(shí)鐘) 引腳只用于同步傳輸模式。USART支持4種模式的時(shí)鐘：正常的異步模式，倍速的異步模式，主機(jī)同步模式，以及從機(jī)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(jī)返回“命令錯(cuò)”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(gè)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(dá)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(jī)與上位計(jì)算機(jī)之間采用Max232的串行數(shù)據(jù)傳輸方式。ICCAVR是一個(gè)綜合了編輯器，工程管理器和C編譯器的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（Integrated Development Environment,IDE）。 開(kāi)發(fā)及編譯 打開(kāi)軟件，將其保存在目標(biāo)文件夾。 仿真器的特點(diǎn)本仿真器的特點(diǎn)：同時(shí)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(jí)終端等)，在啟動(dòng)AVR Studio前應(yīng)先關(guān)閉這些程序。為使JTAG ICE對(duì)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(gè)面向AVR 全系列單片機(jī)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(dòng)操作功能。PORTC = (1PC1)。 // 啟動(dòng)定時(shí)器0 預(yù)分頻比例64}//*********************************************************//***********************************************************//定時(shí)器0中斷函數(shù)//中斷定義：定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器0 溢出//中斷源：TIMER0 OVF//****************************************************************/*void Timer0