【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 0 位ADC,8 個(gè)單端通道,7 個(gè)差分通道,2 個(gè)具有可編程增益（1x, 10x, 或200x）的差分通道。具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器。上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè)。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(kuò)展的Standby 模式?？梢酝ㄟ^軟件進(jìn)行選擇的時(shí)鐘頻率。編輯本段I/O 封裝。53個(gè)可編程I/O – 64引腳TQFP 與 64 引腳 MLF封裝。工作電壓： ATmega128L, ATmega128。速度等級(jí)：0 8 MHz ATmega128L,0 16 MHz ATmega128。ATmega128TQFP封裝現(xiàn)主要有這些型號(hào)：ATmega12816AU、ATmega12816AI。ATmega128各引腳功能如下：Vcc:數(shù)字電路的電源,GND:地。端口A(PA7~PAO):端口A為雙向I/O口并具有可編程的內(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。作為輸入使用時(shí),若內(nèi)部上拉電阻使能,則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。復(fù)位發(fā)生時(shí)端口A為三態(tài)。端口A也可以用作其他不同的特殊功能。端口B(PB7~PB0):端口B為8位雙向I/O口,復(fù)位發(fā)生時(shí)端口B為三態(tài)。端口8也可以用作其他不同的特殊功能。端口C(PC7~PC0):端口C為8位雙向I/0口,復(fù)位發(fā)生時(shí)端口C為三態(tài)。端口C也可以用作其他不同的特殊功能。在ATmegal03兼容模式下,端口C只能作為輸出,而且在復(fù)位發(fā)生時(shí)不是三態(tài)。端口D(PD7~PD0):端口D為8位雙向I/0口,復(fù)位發(fā)生時(shí)端口D為三態(tài)。端口D也可以用作其他不同的特殊功能。端口E(PE7~PE0):端口E為8位雙向I/0口,復(fù)位發(fā)生時(shí)端口E為三態(tài)。端口E也可以用作其他不同的特殊功能。端口F(PFT~PF0):端口F為ADC的模擬輸人引腳。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。作為輸入使用時(shí),。復(fù)位發(fā)生時(shí)端口F為三態(tài)。 7(TDI)、PF5(TMS)和PF4(TCK)的上拉電阻使能。端口F也可以作為J TAG接口。在ATmegal03兼容模式下,端口F只能作為輸入引腳。端口G(PG4~PG0):端口G為5位雙向I/O口,并具有可編程的內(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。復(fù)位發(fā)生時(shí)端口G為三態(tài)。端口G也可以用作其他不同的特殊功能。在ATmegal 03兼容模式下，端口G只能作為外部存儲(chǔ)器的鎖存信號(hào)以及32kHz振蕩器的輸入,并且在復(fù)位時(shí)這些引腳初始化為PG0=PGl=1以及PG2=0。PG3和PG4是振蕩器引腳。RESET:復(fù)位輸入引腳。超過最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。低于此時(shí)間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。XTALl:反向振蕩器放大器及片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入。XTAL2:反向振蕩器放大器的輸出。AVCC:。使用ADC時(shí)應(yīng)該通過一個(gè)低通濾波器與Vcc連接。AREF:AREF為ADC的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。PEN是SPl串行下載的使能引腳。在上電復(fù)位時(shí)保持麗為低電平將使器件進(jìn)入。SPl串行下載模式,在正常工作過程中PEN引腳沒有其他功能。鍵盤是由若干個(gè)按鈕組成的開關(guān)矩陣，它是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備，用戶能通過鍵盤向計(jì)算機(jī)輸入指令，地址或者數(shù)據(jù)；一般單片機(jī)系統(tǒng)中采用的是非編碼鍵盤，非編碼鍵盤是由軟件來識(shí)別鍵盤上的閉合鍵，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活等特點(diǎn)。設(shè)計(jì)鍵盤的16個(gè)鍵分別為：0~9 數(shù)字鍵；電機(jī)開、關(guān)，啟動(dòng)鍵，停止鍵；退出鍵；確定鍵，以及功能鍵。在單片機(jī)的應(yīng)用中，人機(jī)界面占據(jù)相當(dāng)重要的地位。人機(jī)界面主要包括事件輸入和結(jié)果指示，事件輸入包括鍵盤輸入，通訊接口，事件中斷等，結(jié)果指示包括LED/LCD顯示、通訊接口、外圍設(shè)備操作等。而在這些人機(jī)界面當(dāng)中，LCD 顯示技術(shù)由于其具有界面友好，成本較低等特點(diǎn)而在很多應(yīng)用場(chǎng)合得以廣泛應(yīng)用。整個(gè)LCD Panel由上下玻璃基板和偏振片組成，在上下玻璃之間，按照螺旋結(jié)構(gòu)將液晶分子有規(guī)律的進(jìn)行涂層。液晶面板的電極是通過一種ITO的金屬化合物蝕刻在上下玻璃基板上。液晶分子的排列為螺旋結(jié)構(gòu)，對(duì)光線具有旋旋旋光性，上下偏振片的偏振角度相互垂直。在上下基板間的電壓為0時(shí)，自然光通過偏振片后，只有與偏振片方向相同的光線得以進(jìn)入液晶分子的螺旋結(jié)構(gòu)的涂層中，由于螺旋結(jié)構(gòu)的的旋旋旋光性，將入射光線的方向旋轉(zhuǎn)90度后照射到另一端的偏振片上，由于上下偏振片的偏振角度相互垂直，這樣入射光線通過另一端的偏振片完全的射出，光線完全進(jìn)入觀察者的眼中，看到的效果就為白色。而在上下基板間的電壓為一交流電壓時(shí)，液晶分子的螺旋結(jié)構(gòu)在電(磁)場(chǎng)的作用下，變成了同向排列結(jié)構(gòu)，對(duì)光線的方向沒有作任何旋轉(zhuǎn)，而上下偏振片的偏振角度相互垂直，這樣入射光線就無法通過另一端的偏振片射出，光線無法進(jìn)入觀察者的眼中，看到的效果就為黑色。這樣通過在上下玻璃基板電極間施加不同的交流電壓，即可實(shí)現(xiàn)液晶顯示的兩種基本狀態(tài)亮(On)和暗(Off)西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)4 無刷直流電機(jī)控制器的軟件設(shè)計(jì)常用的軟件設(shè)計(jì)方法有模塊化—結(jié)構(gòu)化編程方法、過程化編程方法、面向?qū)ο缶幊谭椒ㄒ约懊嫦蛑悄荏w的編程方法。選擇合適的軟件設(shè)計(jì)方法決定了系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)是否合理，同時(shí)決定了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能是否穩(wěn)定可靠。前面提到的四種軟件設(shè)計(jì)方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)各有優(yōu)缺點(diǎn)，模塊化—結(jié)構(gòu)化編程和過程化編程方法它們共同的出發(fā)點(diǎn)是將一個(gè)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)分解成若干個(gè)較小的過程，或者是功能塊。每個(gè)功能塊只執(zhí)行相對(duì)單一的功能，每個(gè)功能塊都具有單入口單出口的結(jié)構(gòu)，并且都可以進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)試。但在遇見大系統(tǒng)時(shí)，這種分解會(huì)導(dǎo)致大量的過程和功能塊產(chǎn)生，各個(gè)功能塊之間有著復(fù)雜的相互依賴關(guān)系，會(huì)帶來一些不好解決的問題；面向?qū)ο缶幊谭椒ㄖ饕獋?cè)重的是每個(gè)元素個(gè)體的實(shí)現(xiàn)方法，忽略各個(gè)元素之間存在的相互聯(lián)系；面向智能體編程方法是由人工智能的編程思想發(fā)展而來的，它沒有制定明確的編程規(guī)則，我們可以認(rèn)為是控制器通過傳感器對(duì)自身所處的環(huán)境進(jìn)行感知的一種能力[8]?？v觀這四種編程方法的優(yōu)缺點(diǎn)，依據(jù)實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)采用一種結(jié)合模塊化結(jié)構(gòu)化和面向智能體兩種方法相結(jié)合的新軟件編程方法。編寫程序時(shí)采用軟件模塊化和硬件模塊化相結(jié)合的方法，首先分硬件模塊進(jìn)行編寫各個(gè)模塊的軟件，然后通過設(shè)置標(biāo)志位，承接各個(gè)模塊之間的關(guān)系，使之成為一個(gè)整體的系統(tǒng)。這樣的編程方法從硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件代碼的編寫兩大方面都大大降低了難度，縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期。模塊內(nèi)部包含的主要元素有過程、作用、回饋和知識(shí)庫(kù)，與這些元素相聯(lián)系的外部元素為輸入、輸出、學(xué)習(xí)和意識(shí)。內(nèi)部和外部元素之間相輔相成，構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。該系統(tǒng)化的基本思想是：當(dāng)外部輸入進(jìn)入到模塊內(nèi)部時(shí)，通過過程運(yùn)行，運(yùn)行的結(jié)果輸出到外部，同時(shí)反饋給知識(shí)庫(kù)。過程的運(yùn)行受控于知識(shí)庫(kù)的作用，接收來自于知識(shí)庫(kù)的參數(shù)及方法。知識(shí)庫(kù)收到過程的反饋后，分析判斷過程運(yùn)行的好與壞，并通過意識(shí)將判斷結(jié)果輸出。在這一過程中，知識(shí)庫(kù)作用于過程的參數(shù)或方法是固定的，顯示其靜態(tài)開放特性。運(yùn)行完成后，知識(shí)庫(kù)借助于學(xué)習(xí)和反饋結(jié)果對(duì)參數(shù)和方法進(jìn)行修訂，提供給下一次過程運(yùn)行。這種修訂后的的參數(shù)和方法，能夠有效的提高模塊的適應(yīng)性，顯示其動(dòng)態(tài)開放特性。系統(tǒng)不斷的運(yùn)行重復(fù)這一系列過程，知識(shí)庫(kù)也不斷的得到更新，模塊的性能不斷得到改善，整個(gè)系統(tǒng)的智能性也就有了很大的提高。 模塊結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)的內(nèi)部，知識(shí)庫(kù)會(huì)通過分析輸出量的評(píng)測(cè)結(jié)果及反饋值信息，對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行更新，設(shè)計(jì)中，也可以通過鍵盤對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行重新配置。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于ATmega128開發(fā)，其開發(fā)環(huán)境支持C/C++，將軟件系統(tǒng)看成三大程序構(gòu)成，初始化程序、管理程序、維護(hù)更新程序。初始化主模塊中含有微控制器芯片的內(nèi)部硬件初始化、過程關(guān)系和知識(shí)庫(kù)的初始化。管理程序各個(gè)功能子程序輸入和輸出有機(jī)結(jié)合起來，某個(gè)子程序輸出是另一個(gè)子程序輸入部分。管理程序是各個(gè)子程序協(xié)調(diào)運(yùn)行核心管理，在整個(gè)調(diào)度的過程中均有消息觸發(fā)。維護(hù)更新程序就是負(fù)責(zé)過程是直接的屬性輸入輸出關(guān)系。主要功能是提高系統(tǒng)的自適應(yīng)能力以及自學(xué)習(xí)能力。： 各主層模塊功能圖初始化模塊完成主控芯片即ATmega128維持正常工作的基本配置以及初始化外圍硬件在上電以后應(yīng)該保持的狀態(tài)。同時(shí)完成各個(gè)模塊知識(shí)庫(kù)參數(shù)的初始化以及系統(tǒng)各個(gè)模塊完成功能的初始化。(1)時(shí)鐘的初始化維持CPU正常工作最重要的便是工作頻率，過高的工作頻率不利于CPU的穩(wěn)定工作，過低的頻率則不能順利完成樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)。通過實(shí)驗(yàn)調(diào)試，ATmega128芯片系統(tǒng)時(shí)鐘在8MHz時(shí)運(yùn)行效率高且穩(wěn)定性好。通過配置單片機(jī)內(nèi)部倍頻機(jī)構(gòu)將單片機(jī)的工作頻率設(shè)置為8MHz。(2)I/O的初始化I/O初始化中，對(duì)ATmega128的各I/O端口進(jìn)行初始化，統(tǒng)一將I/O端口設(shè)置缺省狀態(tài)。如果在各個(gè)功能程序中需要用到CPU的I/O端口資源的話，由各個(gè)單元模塊自行配置開啟使用，這種對(duì)I/O資源的初始化設(shè)計(jì)，主要是為了保證軟件系統(tǒng)的安全，避免相關(guān)I/O端口未初始化而對(duì)程序產(chǎn)生影響。Void port_init (){PORTA=0X00。DDRA=0X00。PORTB=0X00。DDRB=0X00。PORTC=0X00。DDRC=0X00。PORTD=0X00。DDRD=0X00。PORTE=0X00。DDRE=0X00。PORTF=0X00。DDRF=0X00。PORTG=0X00。DDRG=0X00。}(3)初始化定時(shí)中斷地市中斷可以為控制系統(tǒng)提供精確的時(shí)間參數(shù)，本設(shè)計(jì)中正是利用了其這一特點(diǎn)。系統(tǒng)中延時(shí)函數(shù)的延時(shí)時(shí)間都是由定時(shí)器提供的。若定時(shí)器中斷過于頻繁，那么，在同樣的時(shí)間里，微控制器要比正常情況下多處理很多的信息，會(huì)影響微控制器的利用效率。定時(shí)器中斷間隔過大則會(huì)使得微控制器遺漏一些重要的信息，從而錯(cuò)過最好的控制時(shí)機(jī)。結(jié)合本系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況，將定時(shí)器中斷設(shè)置為每2ms一次。無刷直流電機(jī)控制器有多個(gè)功能子模塊，由于實(shí)現(xiàn)功能的不同，各個(gè)功能子模塊所利用的CPU的資源是不一樣的，因此對(duì)于這些功能子模塊的初始化，各自的初始化配置根據(jù)設(shè)計(jì)需要在各自程序中實(shí)現(xiàn)。 無刷直流電機(jī)控制器工作流程圖管理模塊是實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)功能的中軸，分為主程序和中斷服務(wù)程序，它們之間沒有運(yùn)行的先后順序，并沒有強(qiáng)調(diào)同步與異步，管理模塊通過一系列的標(biāo)志位將系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊聯(lián)系起來，通過對(duì)各個(gè)標(biāo)志位的置位與清零實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)模塊的有效調(diào)度，以使各個(gè)功能模塊配合實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。自動(dòng)控制系統(tǒng)來說，下面從各個(gè)功能子模塊介紹本系統(tǒng)的管理模塊。；維護(hù)更新模塊是通過人機(jī)接口實(shí)現(xiàn)的，顧名思義，其功能是完成系統(tǒng)的維護(hù)和知識(shí)庫(kù)的更新，除此之外，它還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自適應(yīng)能力和強(qiáng)制學(xué)習(xí)的功能。大大提高了程序的修改性、升級(jí)性，是對(duì)智能體模型特征的重要完善。鍵盤是由若干按鍵組成的最簡(jiǎn)單輸入設(shè)備，操作人員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)通信。由于鍵盤是一組按鈕開關(guān)的集合，在智能儀表中，常采用軟件來識(shí)別按鍵，所以，在鍵盤的設(shè)計(jì)中應(yīng)同時(shí)從硬件和軟件兩方面加以考慮。無論鍵盤采用哪種組織形式及讀鍵方式，其主要的操作步驟如下：(1)讀鍵：判斷是否有鍵按下。(2)鍵值判斷：在確認(rèn)有鍵按下以后，進(jìn)一步識(shí)別出是哪一個(gè)按鍵。(3)執(zhí)行子程序：根據(jù)識(shí)別結(jié)果，執(zhí)行相應(yīng)子程序。(4)鍵盤設(shè)計(jì)軟件流程圖軟件流程圖如下圖所示： 鍵盤軟件流程圖控制系統(tǒng)的鍵盤設(shè)計(jì)程序中，關(guān)鍵變量是有兩個(gè)，一是鍵盤數(shù)據(jù)變量為key_data；二是鍵值有效字判斷變量為key_ctrl，當(dāng)key_ctrl=0xff時(shí)表示有鍵按下，否則沒有按鍵按下。(5)鍵盤抖動(dòng)處理消除按鍵抖動(dòng)是按鍵操作中必須完成的工作，如果通過加延時(shí)的方式在系統(tǒng)運(yùn)行程序中對(duì)按鍵抖動(dòng)進(jìn)行處理的話，必然會(huì)影響系統(tǒng)中其他程序的響應(yīng)速度，在本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，采用狀態(tài)圖的方式對(duì)其進(jìn)行處理，在按鍵的程序內(nèi)部加入局部靜態(tài)變量來指示程序的內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)，按鍵消除抖動(dòng)的處理流程圖如下圖所示； 鍵操作消抖流程圖簡(jiǎn)單來說，PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下。（1）比例環(huán)節(jié)。比例控制能迅速反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，Kp加大，會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。（2）積分環(huán)節(jié)。主要用于消除靜差，只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就不斷地積累，輸出控制量以消除誤差，因而，只要有足夠的時(shí)間，積分控制將能完全消除誤差。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。積分作用太強(qiáng)會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)量加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。（3）微分環(huán)節(jié)。微分控制能反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)（變化速率），減少超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時(shí)加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。(4)數(shù)字PID增量型控制算法。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，使用的是數(shù)字PID控制器，PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時(shí)，用求和代替積分、用后向差分代替微分，使模擬PID離散化變?yōu)椴罘址匠獭?）數(shù)字PID位置型控制算法。由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量，積分和微分項(xiàng)不能直接使用，需要進(jìn)行離散化處理。按模擬PID控制算法的算式，現(xiàn)以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn)代表連續(xù)時(shí)間，以和式代替積分，以增量代替微分，則可作如下近似變換 （）式中：為采樣周期。顯然，上述離散化過程中，采樣周期必須足夠短，才能保證有足夠的精度。為書寫方便，將簡(jiǎn)化表示成等，即省去。由式（）可得離散的PID表達(dá)式為 （）或 （）式中：為采樣序號(hào)，；為第次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值；為第次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；為第次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；為積分系數(shù)，；為微分系數(shù)。由變換的性質(zhì)式（）的變換式為 （）由式（）便可得