基于atmega16-控制直流電動(dòng)機(jī)

1、-. z電動(dòng)機(jī)控制期末論文論文題目 ：基于ATMega16-控制直流電動(dòng)機(jī)-. z摘 要 本文主要介紹基于ATMega16單片機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)控制，眾所周知的，直流電動(dòng)機(jī)在控制上較于步進(jìn)電機(jī)有一定的優(yōu)勢的，其具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速性能，因此使得直流電動(dòng)機(jī)得到廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：ATMega16單片機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn) 控制原理Abstract This paper describes the DC motor control based on ATMega16 microcontroller, the well-known, DC motor control than in the step

2、per motor has some advantages, it has a good start, braking and speed control performance, the DC motor has been widely used in high-performance electric drive system. Keywords: ATMega microcontroller DC motor Control principle目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc326175938摘要 PAGEREF _Toc326175938 h IIHY

3、PERLINK l _Toc326175939Abstract PAGEREF _Toc326175939 h IIHYPERLINK l _Toc326175941第一章緒論 PAGEREF _Toc326175941 h 1HYPERLINK l _Toc3261759421.1直流電機(jī)開展 PAGEREF _Toc326175942 h 1HYPERLINK l _Toc3261759431.2直流電機(jī)的應(yīng)用前景 PAGEREF _Toc326175943 h 2HYPERLINK l _Toc3261759441.3 直流電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)與構(gòu)造 PAGEREF _Toc326175944 h

4、 2HYPERLINK l _Toc3261759451.4設(shè)計(jì)內(nèi)容 PAGEREF _Toc326175945 h 3HYPERLINK l _Toc326175946第二章 ATMage16單片機(jī)介紹 PAGEREF _Toc326175946 h 4HYPERLINK l _Toc3261759472.1 Atmega16主要功能 PAGEREF _Toc326175947 h 4HYPERLINK l _Toc326175948第三章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326175948 h 6HYPERLINK l _Toc3261759493.1 直流電動(dòng)機(jī)的控制原理 PAGER

5、EF _Toc326175949 h 6HYPERLINK l _Toc3261759503.2 電機(jī)控制原理圖 PAGEREF _Toc326175950 h 8HYPERLINK l _Toc326175951參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc326175951 h 10HYPERLINK l _Toc326175952附錄： PAGEREF _Toc326175952 h 11-. z第一章 緒 論1.1直流電機(jī)開展 1840年Wheatsone開場提出和制作了略具雛形的直線電機(jī)。從那時(shí)至今，在160多年的歷史中，直線電機(jī)經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期。 118401955年為探索實(shí)驗(yàn)時(shí)期； 從1840

6、年到1955年的116年期間，直線電機(jī)從設(shè)想到實(shí)驗(yàn)到局部實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用，經(jīng)歷了一個(gè)不斷探索，屢遭失敗的過程。自從Wheatsone提出和試制了直線電機(jī)以后，最早明確地提到直線電機(jī)文章的是1890年美國匹茲堡市的市長，在他所寫的一篇文章中，首先明確地提到了直線電機(jī)以及它的專利。然而，由于當(dāng)時(shí)的制造技術(shù)、工程材料以及控制技術(shù)的水平，在經(jīng)過斷斷續(xù)續(xù)20多年的頑強(qiáng)努力后，最終卻未能獲得成功。 在18401955年期間，是直線電機(jī)探索實(shí)驗(yàn)和局部實(shí)驗(yàn)應(yīng)用時(shí)期，在直線電機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的相互競爭中，由于直線電機(jī)的本錢和效率方面沒有能夠戰(zhàn)勝旋轉(zhuǎn)電機(jī)，或者說，直線電機(jī)還沒能找到唯獨(dú)它能解決問題的領(lǐng)域，以及直線電機(jī)在設(shè)計(jì)

7、方面也沒有突破性的成功，所以直線電機(jī)在這一時(shí)期始終未能得到真正的應(yīng)用。 219561970年為開發(fā)應(yīng)用時(shí)期； 自1955年以來，直線電機(jī)進(jìn)入了全面的開發(fā)階段，特別是該時(shí)期的控制技術(shù)和材料的驚人開展，更加助長了這種勢頭。在這段時(shí)期，申請直線機(jī)的專利件數(shù)也開場急速增加，該時(shí)期直線電機(jī)專利的增長率超過了所有其他技術(shù)領(lǐng)域的平均增長率。 到1965年以后，隨著控制技術(shù)和材料性能的顯著提高，應(yīng)用直線電機(jī)的實(shí)用設(shè)備被逐步開發(fā)出來，例如采用直線電機(jī)的MHD泵、自動(dòng)繪圖儀、磁頭定位驅(qū)動(dòng)裝置、電唱機(jī)、縫紉機(jī)、空氣壓縮機(jī)、輸送裝置等。 31971年至今為實(shí)用商品時(shí)期 ；從1971年開場到目前的這個(gè)階段，直線電機(jī)終于

8、進(jìn)入了獨(dú)立的應(yīng)用時(shí)代，在這個(gè)時(shí)代，各類直線電機(jī)的應(yīng)用得到了迅速的推廣，制成了許多具有實(shí)用價(jià)值的裝置和產(chǎn)品，例如直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的鋼管輸送機(jī)、運(yùn)煤機(jī)、起重機(jī)、空壓機(jī)、沖壓機(jī)、拉伸機(jī)、各種電動(dòng)門、電動(dòng)窗、電動(dòng)紡織機(jī)等等。特別可喜的是利用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的磁懸浮列車，其速度已超500km/h，接近了航空的飛行速度，且試驗(yàn)行程累計(jì)已達(dá)數(shù)十萬千米。 1.2直流電機(jī)的應(yīng)用前景 直流電機(jī)無刷直流電機(jī)是近幾年來小電機(jī)行業(yè)開展最快的品種之一，隨著視聽產(chǎn)品小、輕、薄化和家電產(chǎn)品的靜音節(jié)能化以及豪華型轎車需求量增多，直流電動(dòng)機(jī)需要量迅速增加；直流電機(jī)用電子換向替代了電刷和換向器，具有高可靠、高效率、壽命長、調(diào)速方便、低噪音

9、等優(yōu)點(diǎn)。 直流電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高、調(diào)速性能好、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、沒有勵(lì)磁損耗等問題，因此在各個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。國內(nèi)近年來在直流電機(jī)的設(shè)計(jì)及控制方面有很多的研究，但與國外成熟的產(chǎn)品相比還有很多地方值得提高，并且很多無刷直流電機(jī)生產(chǎn)商都沒有給出具體的控制方案，因此在無刷直流電機(jī)控制方面的研究是非常有必要的。 一方面，直流電機(jī)與其他異步電機(jī)相比具有明顯的優(yōu)勢如反應(yīng)裝置更簡單、功率密度更高、輸出轉(zhuǎn)矩更大、并且電機(jī)和逆變器各自的潛力得到充分的發(fā)揮，因此無刷直流電機(jī)的應(yīng)用和研究得到了前所未有的重視。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)說明直流電機(jī)的使用每年以較高比例增長。另一方面無刷直流電機(jī)與有刷直流電機(jī)相比有更多的

10、優(yōu)點(diǎn)如電機(jī)本體構(gòu)造簡單、運(yùn)行時(shí)無火花、電磁干擾小，無噪聲等，因此具備廣泛應(yīng)用前景。1.3 直流電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)與構(gòu)造 直流電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)： (1)調(diào)速性能好。所謂調(diào)速性能，是指電動(dòng)機(jī)在一定負(fù)載的條件下，根據(jù)需要，人為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流電動(dòng)機(jī)可以在重負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。 (2)起動(dòng)力矩大?？梢跃鶆蚨?jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，但凡在重負(fù)載下起動(dòng)或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型可逆軋鋼機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、電力機(jī)車、電車等，都用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。直流電動(dòng)機(jī)構(gòu)造： 直流電動(dòng)機(jī)分為兩局部：定子與轉(zhuǎn)子。記住定子與轉(zhuǎn)子都是由那幾局部構(gòu)成的，注意：不要把換向極與換向器弄混淆了，記住他們兩

11、個(gè)的作用。 定子包括：主磁極，機(jī)座，換向極，電刷裝置等。轉(zhuǎn)子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，軸和風(fēng)扇等。1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容本文設(shè)計(jì)主要對電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)功能，通過按鍵開關(guān)來控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。以到達(dá)設(shè)計(jì)要求。第二章 ATMage16單片機(jī)介紹2.1 Atmega16主要功能AVR單片機(jī)主要有ATtiny、AT90和ATmega三種系列，其構(gòu)造和根本原理都相類似。本次設(shè)計(jì)所用到的Atmega16L芯片，在這里作為電機(jī)控制的核心部件。它是一種具有40引腳的高性能、低功耗的8位微處理器。其功能特性如下4： (1) 8位CPU；(2) 先進(jìn)的RISC構(gòu)造：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

12、位通用工作存放器，全靜態(tài)工作；(3) 非易失性數(shù)據(jù)和程序存儲器：16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，擦寫壽命可到達(dá)10,000 次以上。具有獨(dú)立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)，通過片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程；(4) 可通過JTAG接口實(shí)現(xiàn)對FLASH、EEPROM的編程；(5) 32個(gè)可編程的I/O引線，40引腳PDIP封裝；(6) 兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比擬器功能的8位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器，一個(gè)具有預(yù)分頻器、比擬功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器；(7) 片內(nèi)/ 片外中斷源；(8) 具有一個(gè)10位的AD轉(zhuǎn)換器，能對來自端口A的8位單端輸入電壓進(jìn)展采樣。(9) 工作電壓：2.75.5V。速度

13、等級：08MHz；AVR單片機(jī)的主要特點(diǎn)如下：1.片內(nèi)集成可擦寫10000次以上的Flash程序存儲器。由于AVR采用16位的指令，所以一個(gè)程序存儲器的存儲單元為16位，AVR的數(shù)據(jù)存儲器還是以8個(gè)Bit(位)為一個(gè)單元，因此AVR還是屬于8位單片機(jī)。2.高度*(LOCK)。可屢次擦寫的FLASH具有多重密碼保護(hù)鎖死(LOCK)功能，因此可低本錢高速度地完成產(chǎn)品商品化，并且可屢次更改程序(產(chǎn)品升級)而不必浪費(fèi)1C或電路板，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量及競爭力。3.超功能精簡指令。具有32個(gè)通用作存放器(相當(dāng)于8051中的32個(gè)累加器)，克制了單一累加器數(shù)據(jù)處理造成的瓶須現(xiàn)象，1284K字節(jié)SRAM可靈

14、活使用指令計(jì)算，并可用功能很強(qiáng)的C語言編程，易學(xué)、易寫、易移植。4.程序?qū)懭肫骷梢圆⑿袑懭?用編程器寫入)，也可使用串行在線編程(ISP)方法下載寫入，也就是說不必將單片機(jī)芯片從系統(tǒng)上拆下，拿到萬用編程器上燒寫，而可直接在電路板上進(jìn)展程序的修改、燒寫等操作，方便產(chǎn)品升級，尤其是采用SMD封裝，更利于產(chǎn)品微型化。圖2-12.2 Atmega16引腳功能Atmega16L雙列直插式(PDIP)引腳如圖2-1引腳功能簡述如下：A/VCC: 模擬/數(shù)字電源;AREF: A/D轉(zhuǎn)換參考電壓；*TAL1/2：晶振；RESET： 復(fù)位；AREF： A/D轉(zhuǎn)換參考電壓；PAPD： 雙向I/O口；T*D： U

15、SART輸出引腳；R*D： USART輸入引腳；OC1A： PWM波形輸出端；綜合以上所述，正因?yàn)锳TMEGA16單片機(jī)的先進(jìn)性，本設(shè)計(jì)選用該型號的單片機(jī)。第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)過對ATmega16等的總體了解和掌握以及對各種元器件和電路圖的分析和比擬后，現(xiàn)在就進(jìn)入硬件電路的設(shè)計(jì)。圖3-1 直流電動(dòng)機(jī)模型3.1 直流電動(dòng)機(jī)的控制原理 圖3-1是一個(gè)最簡單的直流電動(dòng)機(jī)模型。在一對靜止的磁極N和S之間，裝設(shè)一個(gè)可以繞Z-Z軸而轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱形鐵芯，在它上面裝有矩形的線圈abcd。這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的局部通常叫做電樞。線圈的兩端a和d分別接到叫做換向片的兩個(gè)半圓形銅環(huán)1和2上。換向片1和2之間是彼此絕緣的，它們和

16、電樞裝在同一根軸上，可隨電樞一起轉(zhuǎn)動(dòng)。A和B是兩個(gè)固定不動(dòng)的碳質(zhì)電刷，它們和換向片之間是滑動(dòng)接觸的。來自直流電源的電流就是通過電刷和換向片流到電樞的線圈里。當(dāng)電刷A和B分別與直流電源的正極和負(fù)極接通時(shí)，電流從電刷A流入，而從電刷B流出。這時(shí)線圈中的電流方向是從a流向b，再從c流向d。我們知道，載流導(dǎo)體在圖3-2 換向器在直流電機(jī)中的作用磁場中要受到電磁力，其方向由左手定則來決定。當(dāng)電樞在圖3-2a所示的位置時(shí)，線圈ab邊的電流從a流向b，用表示，cd邊的電流從c流向d，用表示。根據(jù)左手定則可以判斷出，ab邊受力的方向是從右向左，而cd邊受力的方向是從左向右。這樣，在電樞上就產(chǎn)生了反時(shí)針方向的轉(zhuǎn)

17、矩，因此電樞就將沿著反時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來。當(dāng)電樞轉(zhuǎn)到使線圈的ab邊從N極下面進(jìn)入S極，而cd邊從S極下面進(jìn)入N極時(shí)，與線圈a端聯(lián)接的換向片1跟電刷B接觸，而與線圈d端聯(lián)接的換向片2跟電刷A接觸，如圖7-5b所示。這樣，線圈內(nèi)的電流方向變?yōu)閺膁流向c，再從b流向a，從而保持在N極下面的導(dǎo)體中的電流方向不變。因此轉(zhuǎn)矩的方向也不改變，電樞仍然按照原來的反時(shí)針方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。由此可以看出，換向片和電刷在直流電機(jī)中起著改換電樞線圈中電流方向的作用。3.2 電機(jī)控制原理圖電機(jī)通過ATMega16單片機(jī)進(jìn)展控制，其控制框圖如圖3-3示：ATMega16直流電機(jī)圖3-3 具體如下列圖示：完畢語通過本次課程設(shè)計(jì)，讓

18、我明白了許多在課本之外的東西，也讓我更加深刻的體會到知識只有運(yùn)用到生活，結(jié)合了生活才有無限的創(chuàng)造力，才能實(shí)現(xiàn)知識的價(jià)值。我在設(shè)計(jì)之初所遇到的問題應(yīng)該也會是大局部初學(xué)者都會遇到了問題，我通過查閱書籍資料，請教同學(xué)而逐一解決問題的過程學(xué)會了很多東西。因此我對幫助我的同學(xué)表示萬分的感謝！同時(shí)論文中的很多材料取于相關(guān)書籍和互聯(lián)網(wǎng)，也向相關(guān)資料的作者表示衷心的感謝。由于我的能力有限，所以有的地方會存在錯(cuò)誤，懇請教師批評指正，感謝教師！參考文獻(xiàn)1王曉明 電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制M，:航空航天大學(xué),20022沈文 AVR單片機(jī)C語言入門指導(dǎo)，：清華大學(xué)，20033丁化成等 AVR 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)M，:航空航天大學(xué)

19、出版,2002.4譚浩強(qiáng) C語言程序設(shè)計(jì)第五版,：清華大學(xué)，2009.15ATMega16用戶手冊附錄：程序設(shè)計(jì)框圖：程序：/*K1鍵為開場,K2鍵為電機(jī)正轉(zhuǎn)，K3鍵為電機(jī)反轉(zhuǎn)*/#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*1ms延時(shí)函數(shù)計(jì)算方法：計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)y=延時(shí)時(shí)間*晶振頻率/6 - 1*/void delay(uint *)/3.6864M晶振為1ms uint y; while(*-) for(y=0;y613;y+);/*IO口初始化*/ void init_IO(void) DDRA=0*00; PORTA=0*ff;/PORTA做輸入上拉電阻 DDRD|=BIT(6); PORTD&=BIT(6); DDRD|=BIT(7); PORTD&=BIT(7); DDRD|=BIT(4