【正文】 Disp_Digit(4,36,s[0])。 Kdd+=n。Disp_Digit (4,28,s[n])。} right()。 Delay12864(1000)。 right()。 Kpp+=n。Disp_Digit (2,36,s[n])。 For(flag=0,n=0。 Left()。 left()。 right()。 left()。 cc=0。 ③專(zhuān)用 PWM 集成電路采用芯片制造商生產(chǎn)專(zhuān)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(kāi)銷(xiāo) 。 多數(shù)負(fù)載 (無(wú)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。 C 語(yǔ)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)。低電平頻率越大，就說(shuō)明電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，反之，就說(shuō)明電 機(jī)轉(zhuǎn)速較低，通過(guò)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。 本設(shè)計(jì)使用 4x4 鍵盤(pán)用以實(shí)現(xiàn)對(duì) P、 I、 D 三個(gè)參數(shù)和電機(jī) 正反轉(zhuǎn)的設(shè)定，以及對(duì)電機(jī)啟動(dòng)、停止、暫停、繼續(xù)的控制，其電路原理如圖 所示。 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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速是由矩形脈沖電壓的平均值來(lái)決定的。不使用 ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接與 VCC連接。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。 13 工作于空閑模式時(shí) CPU 停止工作，而 USART、兩線(xiàn)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(hù)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(kāi)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(dòng)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。 方案三：直接采用 4個(gè)三極管搭成橋式電路來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)計(jì)思路在第三章中詳細(xì)論證。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(lèi)。但由于進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，也給出了國(guó)產(chǎn)全數(shù)字控制直流調(diào)速裝置的發(fā)展空間。電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)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。 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(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，以及市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品功能和性能的要求不斷提高，直流電動(dòng)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。文中采用 AVR 單片機(jī) ATmega16 產(chǎn)生 PWM 信號(hào)、 RI2110 驅(qū)動(dòng)、行列式鍵盤(pán)控制及 LCD 顯示，并采取轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán) PID 算法對(duì)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)。 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。 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。所以應(yīng)用先進(jìn)控制算法， 4 開(kāi)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。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)。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?xún)H對(duì)電機(jī)有特殊性能要求時(shí)才采用。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。 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) 。 通過(guò)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。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。 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。 當(dāng) λ 1時(shí)， VOUT0,電機(jī)正轉(zhuǎn)。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。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)。 本系統(tǒng)采用 PID 算法，程序流程圖如下圖所示。 所以通過(guò)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) 。 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。 Init_lcd()。Disp_Digit (2,28,s[0])。Disp_Digit(2,24,dian0)。Disp_Chinese(4,4,V)。Disp_Chinese(6,44,zheng)。Disp_Digit (2,28,s[n])。 Kpp+=10*n。 left()。Disp_Digit(2,28,kong)。} right()。 case 3: left()。 Kdd+=10*n。 left()。) { right()。 37 Kdd+=*n Set=0。Disp_Digit (4,36,s[n])。 Kdd=0。 Delay12864(1000)。Disp_Digit(2,28,s[n])。break。Disp_Digit (2,36,s[n])。 For(flag=0,n=0。 left()。Disp_Digit(4,36,s[0])。Disp_Digit (4,20,maohao)。Disp_Digit (2,52,s[0])。Disp_Chinese(0,48,shu)。 en=0。只要按照一定規(guī)律改變通斷、電時(shí)間，即可讓電機(jī)轉(zhuǎn)速得到控制。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼?；鶞?zhǔn)電壓可以通過(guò)在 AREF 引腳上加一個(gè)電容進(jìn)行解耦，以更好地抑制噪聲。當(dāng)圓盤(pán)隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光敏元件接收的光通量隨透光線(xiàn)條同步變化，光敏元件輸出波形經(jīng)過(guò)整理后變?yōu)槊}沖。由于 獨(dú)立式鍵盤(pán)的特點(diǎn)是：各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵的“接零端”均接地，每個(gè)按鍵的“測(cè)試端”各接一根輸入線(xiàn)，一根輸入線(xiàn)上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線(xiàn) 上的工作狀態(tài)。 電源經(jīng) Q1 至電動(dòng)機(jī)的正極經(jīng)過(guò)整個(gè)直流電機(jī)后再通過(guò) Q4 到達(dá)零電位，完成整個(gè)的回路，此時(shí)直流電機(jī)正轉(zhuǎn)。門(mén)限時(shí)間見(jiàn) P36Table 15。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 A 處于高阻狀態(tài)。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間， ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 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。 方案論證與設(shè)計(jì) 方案一：采用 DSP 芯片來(lái)產(chǎn)生 PWM 信號(hào)來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)和單片機(jī)結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn) PID 算法，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。 直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用 在家用電器中的空調(diào)器、電冰箱、風(fēng)扇、洗衣機(jī)、跑步機(jī)等應(yīng)用直流電機(jī)已經(jīng)十分普遍。此時(shí)換向器起到將外電路的直流改變?yōu)榫€(xiàn)圈內(nèi)交流的“逆變”作用。目前，晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)得到廣泛的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)，微電子技術(shù)的發(fā)展以及新型電力電子功率器件的不斷涌現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)的控制策略也發(fā)生了深刻 的變化。 二 .三十年代末，出現(xiàn)了發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī) (也稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)變流組 )，配合采用磁放大器、電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、閘流管等控制器件，可獲得優(yōu)良的調(diào)速性能，如有較寬的調(diào)速范圍 (十比一至數(shù)十比一 )較小的轉(zhuǎn)速變化率和調(diào)速平滑等，特別是當(dāng)電動(dòng)機(jī)減速時(shí)，可以通過(guò)發(fā)電機(jī)非常容易地將電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪慣量反饋給電網(wǎng)，這樣，一方面可得到平滑的制動(dòng)特性，另一方面又可減少能量的損耗，提高效率。 電流調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì) ............................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) ............................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。但缺點(diǎn)是效率低、機(jī)械特性軟、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以目前極少采用。例如，軍事和宇航方面的雷達(dá)天線(xiàn)，火炮瞄準(zhǔn)，慣性導(dǎo)航，衛(wèi)星姿態(tài)，飛船光電池對(duì)太陽(yáng)得跟蹤等控制；工業(yè)方面的各種加工中心，專(zhuān)用加工設(shè)備，數(shù)控機(jī)床，工業(yè)機(jī)器人，塑料機(jī)械，印刷機(jī)械，繞線(xiàn)機(jī)，紡織機(jī)械，工業(yè)縫紉機(jī)，泵和壓縮機(jī)等設(shè)備的控制；計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和辦公設(shè)備中的各種磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，各種光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，繪圖儀，掃描儀，打印機(jī)，傳真機(jī)，復(fù)印機(jī)等設(shè)備的控制；音像設(shè)備和家用電器中的錄音機(jī)，錄像機(jī)，數(shù)碼相機(jī)，洗衣機(jī)，冰箱，電扇等的控制。我國(guó)從 20世紀(jì) 60 年代初試制成功第一只硅晶閘管以來(lái)，晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。所以當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)， A、 x 兩個(gè)導(dǎo)體輪流交替地處于 N 極和 s極下時(shí)，導(dǎo)體中的電流將隨其所處磁極極性的改變而同時(shí)改變方向，從而使電磁轉(zhuǎn)矩的方向始終保持不變，使 電動(dòng)機(jī)持續(xù)旋轉(zhuǎn)。但在很多調(diào)速控制場(chǎng)合，直流電機(jī)仍是最佳選擇。 （ 5）采用數(shù)字 PID 算法，利用軟件實(shí)現(xiàn)控制，具有更靈活、更節(jié)約硬件等優(yōu)點(diǎn)。 圖 系統(tǒng)硬件分配圖 ATmega16 介紹 ATmega16 簡(jiǎn)介 ATmega16是基于增強(qiáng)的 AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS微控制器。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。持續(xù)時(shí)間超過(guò)最小門(mén)限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。 在 HIN 為高電平期間， Q Q4 導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加正向工作電壓，具體操作步驟如下： 當(dāng) IC1 的 LO 為低電平而 HO 為高電平的時(shí)候， Q2 被截止， C1 上的電壓經(jīng)過(guò)VB、 IC 內(nèi)部電路和 HO 端加在 Q1 的柵極上，從而使得 Q1導(dǎo)通，同理，此時(shí) IC2的 HO 為低電平而 LO 為高電平， Q3 截止， C3 上的電壓經(jīng)過(guò) VB、 IC 內(nèi)部電路和HO端加在 Q4 的柵極上，從而使得 Q4 導(dǎo)通。 根據(jù)按鍵開(kāi)關(guān)與 CPU 的連接方式不同，鍵盤(pán)又可以分為獨(dú)立式和行列式兩大類(lèi)。 增量式光電編碼器在圓盤(pán)上有規(guī)則地刻有透光和不透光的線(xiàn)條，在圓盤(pán)兩側(cè)安放發(fā)光元件和光敏元件。標(biāo)稱(chēng)值為 的基準(zhǔn)電壓，以及 AVCC，都位于器件之內(nèi)。 脈沖寬度調(diào)制（ PWM）是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。如圖 所示： 圖 （ a） PWM 調(diào)速系統(tǒng)原理圖 29 圖 （ b） 圖 直流電機(jī) PWM 調(diào)速曲線(xiàn) 在脈沖作用下，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，速度增加，電機(jī)斷電時(shí)，速度逐漸減少。 32 count=0。 left()。 left()。 left()。 right()。Disp_Digit (2,28,s[0])。 Kpp+=10*n。 left()。 Set=0。} right()。Disp_Digit(2,52,kong)。Disp_Digit (4,52,s[0])。 left()。Disp_Digit (4,52,s[n])。Disp_Digit(4,28,kong)。Disp_Digit (4,52,s[n])。 For(flag=0,n=0。Disp_Digit (4,28,s[0])。Disp_Digit(2,36,s[n])。 Delay12864(1000) right()。Disp_Digit (2,52,s[n])。 For(flag=0,n=0。 Delay12864(2500)。 Flag1=0。 right()。 33 right()。 left()。 //設(shè)置液晶顯示器 Clr_Scr()。 Flag1=0。 在 PWM 驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)速系統(tǒng)中，按一