基于atmega16-控制直流電動機

1、-. z電動機控制期末論文論文題目 ：基于ATMega16-控制直流電動機-. z摘 要 本文主要介紹基于ATMega16單片機的直流電動機控制，眾所周知的，直流電動機在控制上較于步進電機有一定的優(yōu)勢的，其具有良好的起動、制動和調速性能，因此使得直流電動機得到廣泛的應用。關鍵詞：ATMega16單片機 直流電動機正反轉 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直流電機開展 PAGEREF _Toc326175942 h 1HYPERLINK l _Toc3261759431.2直流電機的應用前景 PAGEREF _Toc326175943 h 2HYPERLINK l _Toc3261759441.3 直流電動機特點與構造 PAGEREF _Toc326175944 h

4、 2HYPERLINK l _Toc3261759451.4設計內容 PAGEREF _Toc326175945 h 3HYPERLINK l _Toc326175946第二章 ATMage16單片機介紹 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)設計 PAGEREF _Toc326175948 h 6HYPERLINK l _Toc3261759493.1 直流電動機的控制原理 PAGER

5、EF _Toc326175949 h 6HYPERLINK l _Toc3261759503.2 電機控制原理圖 PAGEREF _Toc326175950 h 8HYPERLINK l _Toc326175951參考文獻 PAGEREF _Toc326175951 h 10HYPERLINK l _Toc326175952附錄： PAGEREF _Toc326175952 h 11-. z第一章 緒 論1.1直流電機開展 1840年Wheatsone開場提出和制作了略具雛形的直線電機。從那時至今，在160多年的歷史中，直線電機經歷了三個時期。 118401955年為探索實驗時期； 從1840

6、年到1955年的116年期間，直線電機從設想到實驗到局部實驗性應用，經歷了一個不斷探索，屢遭失敗的過程。自從Wheatsone提出和試制了直線電機以后，最早明確地提到直線電機文章的是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以及它的專利。然而，由于當時的制造技術、工程材料以及控制技術的水平，在經過斷斷續(xù)續(xù)20多年的頑強努力后，最終卻未能獲得成功。 在18401955年期間，是直線電機探索實驗和局部實驗應用時期，在直線電機與旋轉電機的相互競爭中，由于直線電機的本錢和效率方面沒有能夠戰(zhàn)勝旋轉電機，或者說，直線電機還沒能找到唯獨它能解決問題的領域，以及直線電機在設計

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

8、進入了獨立的應用時代，在這個時代，各類直線電機的應用得到了迅速的推廣，制成了許多具有實用價值的裝置和產品，例如直線電機驅動的鋼管輸送機、運煤機、起重機、空壓機、沖壓機、拉伸機、各種電動門、電動窗、電動紡織機等等。特別可喜的是利用直線電機驅動的磁懸浮列車，其速度已超500km/h，接近了航空的飛行速度，且試驗行程累計已達數十萬千米。 1.2直流電機的應用前景 直流電機無刷直流電機是近幾年來小電機行業(yè)開展最快的品種之一，隨著視聽產品小、輕、薄化和家電產品的靜音節(jié)能化以及豪華型轎車需求量增多，直流電動機需要量迅速增加；直流電機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、調速方便、低噪音

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

10、優(yōu)點如電機本體構造簡單、運行時無火花、電磁干擾小，無噪聲等，因此具備廣泛應用前景。1.3 直流電動機特點與構造 直流電動機特點： (1)調速性能好。所謂調速性能，是指電動機在一定負載的條件下，根據需要，人為地改變電動機的轉速。直流電動機可以在重負載條件下，實現(xiàn)均勻、平滑的無級調速，而且調速范圍較寬。 (2)起動力矩大?？梢跃鶆蚨洕貙崿F(xiàn)轉速調節(jié)。因此，但凡在重負載下起動或要求均勻調節(jié)轉速的機械，例如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等，都用直流電動機拖動。直流電動機構造： 直流電動機分為兩局部：定子與轉子。記住定子與轉子都是由那幾局部構成的，注意：不要把換向極與換向器弄混淆了，記住他們兩

11、個的作用。 定子包括：主磁極，機座，換向極，電刷裝置等。轉子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，軸和風扇等。1.4設計內容本文設計主要對電機實現(xiàn)正反轉功能，通過按鍵開關來控制電機正反轉。以到達設計要求。第二章 ATMage16單片機介紹2.1 Atmega16主要功能AVR單片機主要有ATtiny、AT90和ATmega三種系列，其構造和根本原理都相類似。本次設計所用到的Atmega16L芯片，在這里作為電機控制的核心部件。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) 先進的RISC構造：131條指令大多數指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期，32個8

12、位通用工作存放器，全靜態(tài)工作；(3) 非易失性數據和程序存儲器：16K 字節(jié)的系統(tǒng)內可編程Flash，擦寫壽命可到達10,000 次以上。具有獨立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)，通過片上Boot程序實現(xiàn)系統(tǒng)內編程；(4) 可通過JTAG接口實現(xiàn)對FLASH、EEPROM的編程；(5) 32個可編程的I/O引線，40引腳PDIP封裝；(6) 兩個具有獨立預分頻器和比擬器功能的8位定時器/ 計數器，一個具有預分頻器、比擬功能和捕捉功能的16位定時器/ 計數器；(7) 片內/ 片外中斷源；(8) 具有一個10位的AD轉換器，能對來自端口A的8位單端輸入電壓進展采樣。(9) 工作電壓：2.75.5V。速度

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

14、活使用指令計算，并可用功能很強的C語言編程，易學、易寫、易移植。4.程序寫入器件可以并行寫入(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展程序的修改、燒寫等操作，方便產品升級，尤其是采用SMD封裝，更利于產品微型化。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/數字電源;AREF: A/D轉換參考電壓；*TAL1/2：晶振；RESET： 復位；AREF： A/D轉換參考電壓；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，正因為ATMEGA16單片機的先進性，本設計選用該型號的單片機。第三章 硬件系統(tǒng)設計經過對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)在就進入硬件電路的設計。圖3-1 直流電動機模型3.1 直流電動機的控制原理 圖3-1是一個最簡單的直流電動機模型。在一對靜止的磁極N和S之間，裝設一個可以繞Z-Z軸而轉動的圓柱形鐵芯，在它上面裝有矩形的線圈abcd。這個轉動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，可隨電樞一起轉動。A和B是兩個固定不動的碳質電刷，它們和換向片之間是滑動接觸的。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。當電刷A和B分別與直流電源的正極和負極接通時，電流從電刷A流入，而從電刷B流出。這時線圈中的電流方向是從a流向b，再從c流向d。我們知道，載流導體在圖3-2 換向器在直流電機中的作用磁場中要受到電磁力，其方向由左手定則來決定。當電樞在圖3-2a所示的位置時，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，在電樞上就產生了反時針方向的轉

17、矩，因此電樞就將沿著反時針方向轉動起來。當電樞轉到使線圈的ab邊從N極下面進入S極，而cd邊從S極下面進入N極時，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極下面的導體中的電流方向不變。因此轉矩的方向也不改變，電樞仍然按照原來的反時針方向繼續(xù)旋轉。由此可以看出，換向片和電刷在直流電機中起著改換電樞線圈中電流方向的作用。3.2 電機控制原理圖電機通過ATMega16單片機進展控制，其控制框圖如圖3-3示：ATMega16直流電機圖3-3 具體如下列圖示：完畢語通過本次課程設計，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用到生活，結合了生活才有無限的創(chuàng)造力，才能實現(xiàn)知識的價值。我在設計之初所遇到的問題應該也會是大局部初學者都會遇到了問題，我通過查閱書籍資料，請教同學而逐一解決問題的過程學會了很多東西。因此我對幫助我的同學表示萬分的感謝！同時論文中的很多材料取于相關書籍和互聯(lián)網，也向相關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誤，懇請教師批評指正，感謝教師！參考文獻1王曉明 電動機的單片機控制M，:航空航天大學,20022沈文 AVR單片機C語言入門指導，：清華大學，20033丁化成等 AVR 單片機應用設計M，:航空航天大學

19、出版,2002.4譚浩強 C語言程序設計第五版,：清華大學，2009.15ATMega16用戶手冊附錄：程序設計框圖：程序：/*K1鍵為開場,K2鍵為電機正轉，K3鍵為電機反轉*/#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*1ms延時函數計算方法：計數個數y=延時時間*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