【正文】 R2110 控制邏輯圖 電機驅(qū)動電路主電路圖 根據(jù)以上原理，我們可以看出，產(chǎn)生高壓側(cè)門極驅(qū)動電壓的前提是低壓側(cè)必須有開關的動作，在高壓側(cè)截止期間低壓側(cè)必須導通，才能夠給自舉電容提供充足的通路。 IR2110 的應用可以極大地提高控制系統(tǒng)的可靠性和運行成本。 15 引腳圖 圖 ATmega16 引腳圖 單片機時鐘電路 工作所需的時序又時鐘產(chǎn)生， ATmega16 單片機可以采用兩種時鐘信號，一種是使用外部石英振蕩器 ，如圖 （ a）所示 ，一種是選用外部時鐘作為系統(tǒng)時鐘源 如圖 （ b）所示 。使用 ADC時應通過一個低通濾波器與 VCC 連接。 AVCC： AVCC是端口 A與 A/D轉(zhuǎn)換器的電源。 XTAL1：反向振蕩放大器與片內(nèi)時鐘操作電路的輸入端。門限時間見 P36Table 15。端口 D 也可以用做其他不同的特殊功能 . RESET ：復位輸入引腳。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。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。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 C 處于高阻狀態(tài)。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。在復位過程中，即使 14 系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 B 處于高阻狀態(tài)。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。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 A 處于高阻狀態(tài)。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。 ATmega16 引腳及功能 VCC：電源正 GND：電源地 端口 A： (PA7..PA0) 端口 A：做為 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。 通過將 8 位RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的 Flash 集成在一個芯片內(nèi)， ATmega16 成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應用提供了靈活而低成本的解決方案。引導程序可以使用任意接口將應用程序下載到應用 Flash存儲區(qū) (ApplicationFlash Memory)。 本芯片是以 Atmel 高密度非易失性存儲器技術生產(chǎn)的。 ATmega16 有如下特點 :16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有同時讀寫的能力，即 RWW)， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM， 32 個通用 I/O 口線， 32 個通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器 / 計數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART，有起始條件檢測器的通用串行接口， 8路 10位具有可選差分輸入級可編程增益 (TQFP 封裝 ) 的ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個 SPI 串行端口，以及六 個可以通過軟件進行選擇的省電模式。所有的寄存器都直接與運算邏單元 (ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間， ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達 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。 圖 系統(tǒng)方案框圖 系統(tǒng)硬件分配 采用 ATmega16 單片機作為核心器件，轉(zhuǎn)速檢測模塊為電機轉(zhuǎn)速測量裝置， IR2110 12 作為直流電機的驅(qū)動模塊，利用 128x64LCD 顯示器和 4x4 鍵盤作為人機接口。圖中 控制器模塊為系統(tǒng)的核心部件，鍵盤和顯示器用來實現(xiàn)人機交互功能，其中通過鍵盤將需要設置的參數(shù)和狀態(tài)輸入到單片機中，并且 通過控制器 顯示到顯示器上。 速度檢測電路的設計 速度測量采用光電編碼器進行速度采集， 利用光電傳感器將電機速度轉(zhuǎn)化成脈沖頻率反饋到單片機中，構(gòu)成轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng) 。 鍵盤電路的設計 由于系統(tǒng)要求控制功能少，所以直接采用行列式鍵盤進行控制。 本設計采用方案二，采用芯片 RI2110 方便硬件設計，減少硬件帶來更大的麻煩。 方案二：采用專用電機控制集成芯片 RI2110 來控制電機轉(zhuǎn)動，該方案電路簡單，可靠。 由于系統(tǒng)要求比較簡單，所以采用 Atmega16 單片機來對電機進行控制。 方案論證與設計 方案一：采用 DSP 芯片來產(chǎn)生 PWM 信號來控制電機轉(zhuǎn)動，同時和單片機結(jié)合來實現(xiàn) PID 算法，實現(xiàn)實時控制。 （ 4）利用 Proteus 軟件進行系統(tǒng)仿真，從而進一步驗證電路和 程序的正確性，避免不必要損失。 （ 2）使用光電耦合器將主電路和控制電路利用光隔開， 使系統(tǒng)更加安全可靠。軟件部分采用 C 語言進行程序設計，其優(yōu)點為：可移植性強、算法容易、修改及調(diào)試方便、易讀等。在系統(tǒng)中采用 128x64LCD 顯示器作為顯示部件，通 過 4x4 鍵盤設置 P、 I、 D、 V 四個參數(shù)和正反轉(zhuǎn)控制，啟動后通過顯示部件了解電機當前的轉(zhuǎn)速和運行時間。 9 第三章 系統(tǒng)總體設計方案 設計思路 題目要求設計一個基于 AVR 基單片機 小型 直流電機 PID 調(diào)速控制系統(tǒng) ， 設計要求如下： 1．結(jié)構(gòu)簡單、成本低，電路板工作穩(wěn)定可靠； 2．能顯示直流電機的實際轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速顯示分辨力為 ； 3．直流電機的轉(zhuǎn)速變化范圍為電機正常轉(zhuǎn)速的177。 解決方案 為 使電機的實際轉(zhuǎn)速能在給定誤差范圍內(nèi)自動達到給定轉(zhuǎn)速，特設計一個基于 AVR 單片機的直流電機 PWM 調(diào)速系統(tǒng)。在工業(yè)控制領域，機器人關節(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。 直流電動機的應用 在家用電器中的空調(diào)器、電冰箱、風扇、洗衣機、跑步機等應用直流電機已經(jīng)十分普遍。近年來，隨著交流變頻電機及無刷電機的調(diào)速控制技術的不斷成熟，直流電機正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。 直流電機的優(yōu)越性 直流電機是最早出現(xiàn)的電動機，也是最早實現(xiàn)調(diào)速的電動機。其主磁場的強弱與負載電流大小有直接關系，所以僅對電機有特殊性能要求時才采用。 圖 并勵電機的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，因其勵磁電流受電機端電壓波動的影響故其運行性能略次于他勵式電機。 他勵電機勵磁 他勵電機的勵磁電流由獨立的直流電源供電，其大小與電樞兩端電壓無關，如圖 所示，有較好的運行性能。直流電機的運行性能與勵磁 方式有密切的關系。 直流電機勵磁 直流電機的主磁場由勵磁線圈通人直流電流產(chǎn)生，只有微型直流電機才采用永久磁鐵。此時換向器起到將外電路的直流改變?yōu)榫€圈內(nèi)交流的“逆變”作用。由于電刷固定不動，對于圖中的情況，電流 i 總是從電刷 B1 流人，從電刷 B2 流出。最常用的直流調(diào)速技術是脈寬調(diào)制 (PWM) 直流調(diào)速技術 ,它具有調(diào)速精度高、響應速度快、調(diào)速范圍寬和耗損低等特點。直流電動機具有調(diào)速性能較好和起動轉(zhuǎn)矩較大等優(yōu)點。在磁場中放如通有電流的導體就會產(chǎn)生磁感應效應。目前，國內(nèi)許多大專院校、科研單位和廠家也都在開發(fā)全數(shù)字直流調(diào)速裝置。我國現(xiàn)在大部分數(shù)字化控制直流調(diào)速裝置依靠進口。隨著新型電力半導體器件的發(fā)展， IGBT(絕緣柵雙極型晶體管 )具有開關速度快、驅(qū)動簡單和可以自關斷等優(yōu)點，克服了晶閘管的主要缺點。目前，晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)在我國國民經(jīng)濟各部門得到廣泛的應用。國外主要電氣公司如瑞典的 ABB 公司、德國的西門子公司、 AEG 公司、日本的三菱公司、東芝公司、美國的 GE 公司、西屋公司等，均已經(jīng)開發(fā)出多個數(shù)字直流調(diào) 速裝置，有成熟的系列化、標準化、模板化的應用產(chǎn)品。為了適應時代的發(fā)展，現(xiàn)有的電動機控制系統(tǒng)也在朝著高精度，高性能，網(wǎng)絡化，信息化，模糊化的方向不斷前進。所以應用先進控制算法， 4 開發(fā)全數(shù)字化智能運動控制系統(tǒng)將成為新一代運動控制系統(tǒng)設計的發(fā)展方向。永磁材料技術的突破與微電子技術的結(jié)合又產(chǎn)生了一批新型的電動機，如永磁直流電動機，交流伺服電動機，超聲波電動機等。功 率器件控制條件的變化和微電子技術的使用也使新型的電動機控制方法能夠得到實現(xiàn)。其中，電動機控制策略的模擬實現(xiàn)正逐漸退出歷史舞臺，而采用微處理器，通用計算機， FPGA/CPLD、 DSP 控制器等現(xiàn)代手段構(gòu)成的數(shù)字控制系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。變頻技術和脈寬調(diào)制技術已成為電動機控制的主流技術。隨著計算機，微電子技術的發(fā)展以及新型電力電子功率器件的不斷涌現(xiàn)，電動機的控制策略也發(fā)生了深刻 的變化。隨著現(xiàn)代化步伐的加快，人們生活水平的不斷提高，對自動化的需求也越來越高，直流電動機應用領域也不斷 擴大。微機的應用使直流電氣傳動控制系統(tǒng)趨向于數(shù)字化、智能化，極大地推動了電氣傳動的發(fā)展。 以上技術的應用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標大幅提高，應用范圍不斷擴大，直流 調(diào)速技術不斷發(fā)展。從 20世紀 80 年代中后期起，以晶閘管整流裝置取代了以往的直流發(fā)電機電動機組及水銀整流裝置，使直流電氣傳動完成一次大的躍進。由于它具有體積小、響應快、工作可靠、壽命長、維修簡便等一系列優(yōu)點，采用晶閘管供電，不 僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟指標上和可靠性有所提高，而且在技術性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。但是汞弧變流器仍存在一些缺點維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對維護人員會造成一定的危害等。 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、電動機系統(tǒng)，使調(diào)速性能指標又進一步提高。 二 .三十年代末，出現(xiàn)了發(fā)電機 電動機 (也稱為旋轉(zhuǎn)變流組 )，配合采用磁放大器、電機擴大機、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，特別是當電動機減速時，可以通過發(fā)電機非常容易地將電動機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特性，另一方面又可減少能量的損耗，提高效率。這種方法簡單易行設備制造方便，價格低廉。在硬件方面充分利用微機外設接口豐富，運算速度快的特點，采取軟件和硬件相結(jié)合的措施，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制。 微機技術的快速發(fā)展，在控制領域得到廣泛應用。隨著計算機檔次的不斷提高，功能的不斷完善，單片機已越來越廣泛地應用在各種領域的控制、自動化、智能化 等方面， 特別是在直流電動機的調(diào)速控制系統(tǒng)中。直流電動機的起動和調(diào)速性能、過載能力強等特點顯得十分重要，為了能夠適應發(fā)展的要求，直流電動機的調(diào)速控制系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展。 單片微 型計算機的誕生是計算機發(fā)展史上的一個新的里程碑。 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 定時器程序流程 ................................................................................................ 42 定時器程序 ....................................................................................................... 42 ................................................................................................... 44 顯示器程序 ..................................................................................................... 45 定時器程序 ..................................................................................................... 47 第五章 系統(tǒng)仿真 ....................................................................................................... 49 第六章 結(jié)論 .............................................