AVR直流电机控制系统硬件设计概述.docx

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1、摘要近年来，电机调速系统在工业自动化、生产过程控制、测控仪表等领域的应用越来越深入和广泛.ATmegaI6是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器,由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间.ATmcga1.6的数据吞吐率高达1MIPS/MHz,从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。主要由ATmega16为核心设计由1.MDI8200驱动芯片，采用232通讯协议的串行通信控制电路构成的直流电机PWM调速控制系统，系统主要完成由上位机和ATmega16控制直潦电机的起动,停止和加减速等功能。文章详细介绍了本调速控制系统的工作原理、PwM张动接口电路和KIO1.O光电耦合

2、港，1.MD18200驱动电路，串行通信控制电路相应的软件设计。软件通过ICC八VR编写，然后用AVRStUdiO进行仿真并将编译通过的程序代码卜载到ATmega16之中对系统进行控制。关键词：ATmega16；直流电机：PWM：1.MD18200AbstractInrecentyears,theSCMapp1.icationwhichUSedinthefie1.dofindustria1.automation,productionprocessbecomesmoreandmoredeepenandextensive.ATmega16isamicrocontro1.1.erbui1.dupon

3、AVRRISCconfigurationwhichisa1.owconsumemicrocontro1.1.erof8-bitCMOS.ThedataofATnega16haveahighdispatcherwhichcanreachIMIPS/MHzforadvancedinstructionvo1.umandtheinstructionofsing1.ec1.ockcyc1.e,soitcanre1.axedtheconf1.ictbetweenconsumeanddisposespeed.ThisdesignshowusthataPWMspeedsystemofDC-motorusing

4、ATmega16isintroducedinthispaper.Thispapere1.aboratesonthesystemprincip1.e,optica1.Encoder,13ID18200drivingsystem.HighRe1.iabi1.ityPhotoCoup1.eiK1.O1.O,theDC-motorPWdigita1.contro1.system,municationHgreemen1.of232communication.ThesystemisInainIycomp1.etedthestart,stopandacce1.erationanddeceIerationnf

5、unctionsbywhichtheusterPCandATmegH16contro1.theIXJmotor.Theartic1.edescribedindetai1.thespeedcontro1.systemsworkingprincip1.e,thePWMdriveinterfacecircuitandK1010Optocoup1.er,I.MD18200drivecircuit,there1.ativeSOftR,municationcontro1.circuit.ThesoftwareisprogrammedthroughICCVR,thensimu1.atedbyAVRStudi

6、oandthecompi1.edcodeisdown1.oadedtoATmcga16tocontro1.thesystem.Keywords:ATmega1.6;DC-motor：1.*HM;1.MD18200目录1绪论1.1 课题的背景及意义11.2 直流电机的开展I1.3 本设计完成的工作22AYR单片机简介32.1 单片机系统概述32.2 ATmega16功能概述32.3 3ATmega16单片机52. 3.1ATmega16单片机的特点及特性53. 3.2.ATmegu1.6单片机引脚配置及说明74. 3.3CPU85. 3.4存储器96. 3.5I/O口介绍107. 3.6更位电路

7、142. 3.7时钟电路153直流电机控制系统硬件设计182.1 总体电路设计182.2 时钟电路182.3 系统复位电路182.4 串行通信接口电路设计193. 4.1主要特点193. 4.2内部结构203. 4.3Max232引脚图204. 4.4MaX232电路设计203.5驱动电路213. 5.11.MDI8200芯片介绍214. 5.2各引脚的功能及原理225. 5.3驱动电路设计233.6光电耦合电路244软件设计254.1初始化程序设计254. 1.1I/O初始化255. 1.2定时器初始化256. 1.3串口初始化261.2 2主程序271.3 中断及转速控制子程序281.4

8、串行数据传输程序301.5 ICCAVR314.5.1开发环境ICCAVR介绍314.5.2开发及编译314.6AVRStUdio仿真324.6.1仿真器的特点324.6.2连接JTAGICE334. 6.3仿真环境344.7ATmega16单片机控制直流电机程序代码36结论42致谢43参考文献44附录A英文原文45附录B中文翻译53附录C总体电路设计图671结论1.1 课题的背景及意义在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和牛活中起着十分重要的作用。无论是在工农业生产还是在日常生活中的家用电器，都大量地使用着存种各样的电动机。因此对电动机的控制变得越来越觉要了。电动机的控制技术的开展得力

9、于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术、微机应用技术的最新开展成就.正是这些技的进步使电动机控制技术在近二十多年内发生了翻天覆地的变化。在各类机电系统中，由丁直流电机具有良好的起动、制动和调速性能，直流调速技术已广泛运用工业、航天领域的各个方面.直潦电机由丁具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。随着生产和科技的开展，一方面对电机调速系统在控制精度、工作速度、快速启、制动及逆转性能以及在宽范围的调速等诸方面要求越来越高：另方面，电机控制系统也经历了交蹂放大器、陵放大器、可控离子变速器、可控硅和计

10、算机控制的开展历程。尤其是最近几年来，随着微电了技术和计算机技术的开展及单片机的广泛应用，使调速装置向集成化、小型化和智能化方向开展.目前，最常用的直流调速技术是脉宽调制（PMo直流调速技术，它具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和耗损低等特点。国内中小功率直流电机的调速系统大量地采用脉冲宽度（PMO调速技术，正在迅速地取代SCR直流调速系统，尤其是堆片机控制的智能化调速系统有可能直接安装在电机座上而做到与电机一体化，节省了专用控制机矩，从而使设备的可靠性、自动化程度大大提高.本文所介绍的单片机直流电机调速系统试图在机电一体化方面做些工作。AvR单片机是基于R1.SC指令架构的8位单片机。R

11、ISC通过优选使用频率破裔的简单指令，防止史杂指令，采用固定指令长度，减少指令格式和寻址方式等方法来缩短指令周期，提高处理起的运算速度.采用这种RISC结构，使得AVR系列的单片机具备1MIPS/MHZ的高速处理能力。AYR高端产品ATmega系列的局部单片机中还集成在线调试单元,通过JTAG即可实现在线调试和程序下效功能。这使得AYR单片机成为种能满足多种需求的高灵活性和低本钱的高速微处理落。1.2 直流电机的开展直流电机可以时旋转角度和转动速度进行高精度控制。直流电机作为控制执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。例如，在仪耦仪表，机床设备以及计

12、算机的外围设符中（如打印机和绘图仪等），凡需要对转角进行精确控制的情况下，使用直流电机最为理想.随着微电子和计算机技术的开展，直流电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。直流电动机是最早出现的电动机，也是最早实现条素的电动机。由于它具有良好的线性调速特性，控制简单，效率高及优异的动态特性,长期以来一直战局者调速控制领域的统治地位。近年来，随省交流变领电机及无刷电机的调速控制技术的不断成熟，直流电机正面临着巨大的挑战“在多数调速控制场合，直流电机仍是最正确选择,在本世纪初，由丁资本主义列强争夺殖民地，造船工业开展很快,同时也使得直流电动机的技术得到了长足的进步。到了80年代后，由于廉价

13、的微型计算机以多功能的姿态出现，直流电动机的控制方式更加灵活多样。原来的直流电机控制系统采用分立元件或者集成电路组成的控制回路.不仅调试安装史杂，要消耗大员元器件,而I1.旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电路。计算机则通过软件来控制直流电机，更好地挖掘出电动机的潜力。因此，用计算机控制直流电机已经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代趋势。现在比较常用的直流电机包括反应式直流电机、永磁式直流电机、混合式直流电机和单相式直流电机等.其中反应式直流电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。现阶段，反应式直流电机获得最多的应用。1.3 本设计完成的工作本

14、次毕业设计是单片机控制直流电机方面的应用。这个设计最终目的是设计出个可以控制直流电机援转的系统。本次设计主要实现了以下.几个功能：(I)设计两个稳压电源接口,可以接入适合单片机工作的5丫电源和1.MD18200使用的12V电源。(2)设计一个外圉驱动电路来驱动直潦电机旋转。(3)使用上位机串口控制直流电机转速。最后编写软件局部，将程序输入单片机并运行系统，使系统工作.2AVR单片机简介2.1 单片机系统概述随着材料科学、工艺技术、计算机技术的开展与进步，电路系统向着集成度极高的方向开展。CPU的生产制造技术，也朝着综合性、技术性、实用性开展。如CPU的运算位数从4位、8位到32位机的开展，运竟

15、速度从8MHz、32MHZ到1.6GHz.可以说是日新月异的开展若。其中单片机在控制系统中的应用是越来越普遍了。单片机控制系统是以单片机（CPU）为核心部件，扩展一些外部接口和设备，组成单片机工业控制机，主要用于工业过程控制。要进行单片机系统设计首先必须具有一定的硬件基础知识：其次，需要具有一定的软件设计能力，能够根据系统的要求，灵活地设计出所需要的程序：第具有综合运用知识的能力。最后，还必须掌握生产过程的工艺性能及被测参数的测量方法，以及被控对象的动、静态特性，有时甚至要求给出被控对象的数学模型。2.2ATmega16功能概述AvR单片机是1997年由ATME1.公司研发出的增强型内巴FIaSh的RISC（RedUCedInstructionSetCPU）精简指令集高速8位单片机。AVR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。AVR的主要特性：高可靠性、功能强、而速度、低功耗和低价位，一直是衡量单片机性能的重要指标，也是单片机占领市场、赖以生存的必要条件。早期单片机主要由丁工艺及设计水平不高、功耗高和抗干扰性能差等原因，所以采取稳妥方案：即采用较高的分频系数对时钟分频