電動機控制硬件電路控制單元原理-精品(共26頁)

1、 30/30目錄(ml)第一章：PIC單片機功能(gngnng)簡介PIC單片機的生產(chǎn)商microchip公司簡介PIC單片機運用(ynyng)場所PIC單片機，以及為什么選擇該型單片機第二章：電動機信號信號的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與智能控制PIC16F946單片機端口引腳PIC單片機運用到的各個寄存器的介紹時鐘源模塊選型定時器0功能模塊介紹定時器1功能模塊介紹PWM波形輸出模塊與定時器1的復用（以CCP1為例）ADC轉(zhuǎn)換模塊LCD驅(qū)動模塊介紹串口通訊(tngxn)模塊第三章：電路設計要求(yoqi)及設計(shj)原理LM317電源電路設計以及設計依據(jù)LCD模塊電路的設計ADC轉(zhuǎn)換電路的輸入方式設計依

2、據(jù)與原理積分電路設計及相關積分電路軟件的應用仿真參考資料序在2009至2010年一年中的工作與實習中生活中，由于工作的需要，我深入接觸了PIC16F946系列的單片機。該單片機是MCS-5單片機的衍生品，之所以說它是51單片機的衍生品，是因為他去的功能是在51型號的單片機的基礎上集成了一些其他的功能，使其功能更加的強大，運算數(shù)度更加的快，操作也更加方便，該型號的單片機相對于我們以前所了解的MCS-51系列的單片機來講有很強的運算處理能力。由于分頻比的關系，PIC單片機的運算速度更快（51系列單片機為12分頻，PIC16F946系列的單片機為4分頻，其晶振數(shù)度同樣的可以達到20MHZ也就是在使用

3、同樣速度的晶振的情況下，PIC16F946的處理速度是51單片機的3倍），由于在PIC單片機中集成了看門狗（watch dog），其其安全性能更加安全可靠可靠，在單片機程序跑偏或跑丟了的情況的下，單片機會自動產(chǎn)生看門狗中斷使其自動復位，這在工業(yè)控制中顯得有為的重要，因為在工業(yè)現(xiàn)場，如果單片機因為外部干擾因素或其他原因，單片機的程序跑丟，或跑偏，或有很大的危險性，或造成很大的經(jīng)濟損失，這是各個廠家所不能容許的，51單片機中沒有看門狗模塊，因此在工業(yè)智能化控制與運用中，51單片機顯得是尤為的欠缺，自然在工業(yè)生產(chǎn)中應用的不多。另外(ln wi)51單片機沒有(mi yu)ADC轉(zhuǎn)換模塊，也沒有EEP

4、ROM，I2C通訊(tngxn)模塊，在開發(fā)中我們往往會運用到數(shù)據(jù)采集或者是數(shù)據(jù)的存儲，如果我們選擇51單片機的話，無非我們要應用本來就不是太豐富的I/O口，進行外圍電路的擴展，為了滿足需求，我們只能犧牲更多的端口代價。而在PIC單片機開發(fā)要比51單片機方便簡單許多，由于他的較高集成性能，致使我們用起PIC單片機的開發(fā)中我們不必考慮太多的外擴單元，ADC模塊IIC模塊，在我們常用的PIC 單片機中，已經(jīng)進行了高度的集成性，甚至我們不容使用LCD模塊電路，直接運用單片機內(nèi)不得LCD驅(qū)動模塊，進行LCD液晶驅(qū)動。這就是讓我們做開發(fā)方便簡單的原因。當然microchip公司的PIC單片機眾多的型號中

5、不只是這一種系列，他還有更高級的如DSPIC系列（16位單片機）,之所以叫DSPIC是因為在單片機中內(nèi)嵌了一個更高級的內(nèi)核，那就是DSP內(nèi)核（與真正意義上的DSP數(shù)字信號處理器還是有很大的區(qū)別的），他的速度更快，可操作的寄存器更多。由于我現(xiàn)在還沒有更多的了解DSPIC單片機，所以自此只是蜻蜓點水，不去做更深入的了解。第一章：PIC單片機功能簡介PIC單片機的生產(chǎn)商Microchip公司簡介Microchip Technology Inc.（美國微芯科技公司）是全球領先的單片機和模擬半導體供應商，為全球數(shù)以千計的多樣化應用提供低風險的產(chǎn)品開發(fā)、更低的系統(tǒng)總成本以及更快的產(chǎn)品上市時間。公司提供出色

6、的技術支持、可靠的產(chǎn)品和卓越的質(zhì)量。據(jù)業(yè)界權威研究機構Dataquest資料，全球8位單片機（MCU）付運量排名第一 ；迄今已成功付運超過40億顆PIC單片機。PIC單片機運用場所以及為什么人們選擇這款單片機 PIC單片機運用場所Microchip為全球超過45,000家從事大批量嵌入式控制(kngzh)應用設計的客戶提供高性產(chǎn)品，它們(t men)廣泛應用于消費類、汽車、辦公自動化、通訊和工業(yè)控制領域。為什么人們(rn men)選擇這款單片機Microchip的8位和16位PIC單片機系列具有高性能、低成本和封裝體積小等特點，是業(yè)界性價比最佳的產(chǎn)品。PIC單片機采用功能強大的RISC內(nèi)核，其

7、架構使用戶無需改變代碼或只需改變很少量代碼，即可輕松地在6引腳至100引腳各種封裝的單片機系列之間移植。產(chǎn)品的高級特征包括：精密的定時外設、集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、通訊外設（I2C/SPI/USB/CAN端口和LIN USARTs）、在線串行編程（In-Circuit Serial Programming）技術以及包括PEEC閃存（在更寬的工作溫度范圍下，每個存儲單元可實現(xiàn)高達100萬次擦寫周期）、EEPROM、一次性編程（OTP）和只讀存儲器（ROM）等在內(nèi)的存儲技術。下面我將要介紹的是我的畢業(yè)設計。在這次的畢業(yè)設計中我說要設計的課題是信號的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與智能控制。第二章電動機信號的數(shù)據(jù)采

8、集系統(tǒng)與智能控制PIC16F946單片機PIC16F946為精簡指令集（RSIC）的單片機內(nèi)部集成了許多功能模塊，他的分頻(fn pn)比為4分頻與51單片機相比PIC16F946單片機的復位方式(fngsh)為低電平復位，即在MCLR端口為0時單片機，內(nèi)部還有內(nèi)部時鐘，低頻模式時約為31khz，高頻時能夠(nnggu)達到8MHZ的晶體振蕩效果,EEPROM模塊，并且可以進行串行通訊，并行通訊，也可以進行I2C通訊，擁有AD轉(zhuǎn)換模塊，還有定時器0，1，2，液晶驅(qū)動模塊。PIC16F946單片機內(nèi)部結構圖如下：端口RA0RA5雙向輸入輸出口，其方向由TRISA寄存器來控制，假如端口A的方向設置

9、為低四位輸出，TRISA=0X0F則為,也就是說，當端口值為1時，端口為輸入狀態(tài)，也就是in，為0時為輸出狀態(tài)，也就是英文字母out；端口A還可以為模擬量輸入口，其通過ADC寄存器進行配置。時鐘(shzhng)源：PIC16F946具有大量的時鐘源選擇特性，使其能夠(nnggu)得到廣泛的應用，同時能優(yōu)化性能，降低功耗。上圖給出了PIC16F946時鐘(shzhng)源的框圖?？墒褂猛獠空袷幤髋渲脮r鐘源，可使用的振蕩器有石英振蕩器，晶振諧振器，陶瓷振蕩器和阻容振蕩器。此外還可以使用兩個內(nèi)部振蕩器中的一個配置系統(tǒng)時鐘源，并可以通過軟件選擇時鐘速率。其他時鐘特性包括：通過軟件選擇外部或內(nèi)部系統(tǒng)時鐘

10、源。（_CONFIG()）雙速時鐘啟動模式將外部時鐘和代碼執(zhí)行之間的延時縮到最小。保護時鐘源監(jiān)視器專用于檢測外部時鐘源（LP,XT,HS,EC或RC）的故障，是系統(tǒng)時鐘切換到內(nèi)部振蕩器。IRCF內(nèi)部時鐘頻率選擇位通過配置可以選擇不同的內(nèi)部時鐘頻率，他可以有8種時鐘配比方式，其配比方式如下圖(圖2.2.1)圖（2.2.1）OSTS：振蕩器超時狀態(tài)(zhungti)位當OSTS位為1時器件使用(shyng)FOSC定義的外部時鐘當OSTS位為0時使用(shyng)內(nèi)部時鐘（INTOSC）HTS：（8MHZ-125KHZ）高速時鐘穩(wěn)定位LTS：低頻（31KHZ）時鐘源穩(wěn)定位SCS：系統(tǒng)時鐘源選擇位S

11、CS=1時系統(tǒng)選擇內(nèi)部時鐘源SCS=0時，系統(tǒng)選擇外部時鐘PIC16F946通過_CONFIG(*&*);可以配置在以下一種時鐘模式下工作例如：_CONFIG(INTCLK&WDTDIS);/其配置方式位使用內(nèi)部時鐘源，關閉看門狗EC外部時鐘LP低增益晶體或陶瓷諧振器振蕩模式XT中等增益或晶振或陶瓷諧振器振蕩模式HS高增益晶振或陶瓷諧振器模式RC外部阻容振蕩器RCIO外部阻容振蕩器INTOSC內(nèi)部振蕩器，F(xiàn)OSC/4INTOSCIO內(nèi)部振蕩器定時器0寄存器定時器0寄存器具有以下特點：8位定時器/計數(shù)器可讀寫8位可軟件編程預分頻寄存器內(nèi)部或外部始終選擇（定時使用內(nèi)部時鐘；計數(shù)時使用外部時鐘通過配

12、置TRISA4,設置為輸入模式實現(xiàn)計數(shù)功能）累加計數(shù)(j sh)方式，由FF到00溢出中斷外部時鐘源邊沿(binyn)選擇計數(shù)方式（上升沿或是下降沿）與定時器0相關的寄存器：（陰影部分(b fen)未使用）TMR0:TIMR0模塊寄存器INTCON:中斷控制寄存器OPTION:選項寄存器TRISA:端口方向選擇寄存器（用于計數(shù)器模式時配比） 定時器1相關的寄存器定時器1的工作方式與定時器0的工作方式相類似，它是可以預分頻，可以計數(shù)，定時。其溢出方式也與定時器0相類似，又說不同的時定時器1具有16位保持寄存器，溢出時是從FFFF到0000溢出。PWM波形輸出與time2模塊的應用如果我們向應用單

13、片機輸出一個PWM波形，我們可以運用單片機內(nèi)部的功能模塊來實現(xiàn)，這樣實現(xiàn)的PWM波形具有穩(wěn)定性高，并且可以消除尖波脈沖(michng)，這是因為CCPXH內(nèi)部鎖存器和一個內(nèi)部部鎖存器為PWM占空比提供一個雙重緩沖。PWM波形的輸出原理(yunl)，及其功能模塊開的配比：PWM波形(b xn)主要是由如下圖的寄存器進行配比的。CCP1L預存PWM波形占空比的高八位，CCP1CON預存占空比的第二位。PW2為周期時間配比寄存器。但是時間長度不是有這個寄存器來決定的。時間長度是由TMR2寄存器來決定的，時間長度大小的計算公式是時間長度=PR2+1*4*TOSC*(TMR2的預分頻)工作方式介紹：當T

14、ME2時間寄存器計數(shù)的值與CCPXL+CCPXCON預設的十位值相等時，WPM波形實現(xiàn)一次翻轉(zhuǎn)，由原先的高電平信號，轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖叫盘枴r間計數(shù)器繼續(xù)計數(shù)，當時間計數(shù)器的內(nèi)部值等于PR2的預設值時，會發(fā)生以下系列的動作：波形信號會由原先的低電平信號轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖叫盘?。TMR2內(nèi)部時間寄存器會自動清零，然后繼續(xù)計數(shù)。PWM波形寄存器的CCPXL占空比會自動鎖存到CCPXH中（這樣的工作方式可以避免電平信號由低電平信號到高電平信號轉(zhuǎn)變時脈沖電平促發(fā)的尖波信號）ADCON0寄存器:其中ADCS0ADCS1為分頻方式(fngsh)選擇位下面是對照表： 11 = RC振蕩器選擇(xunz)CHS2CHS0為

15、模擬信號輸入(shr)口選擇位GO/DONGGO模擬轉(zhuǎn)換開始DONG模擬轉(zhuǎn)換結束ADONAD轉(zhuǎn)換控制位，當ADON=1時可以AD轉(zhuǎn)換，AD轉(zhuǎn)換禁止ADFMADFM=1轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)右對齊ADRESH的高6位讀作0例如：（0000 00 xx）b；ADFM=0 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)左對齊，ADRESL的低6位讀作0例如（xx00 0000）b；x=unknown；ADCS2ADCS2為時鐘選擇位如果ADCS2=0時；分頻為以上分頻方式；ADCS2=1在原先的基礎上再進行2分頻即：Fosc=原分頻比2FCFG3FCFG0端口RA,RE端口功能(gngnng)配置位，AN7AN0為默認(mrn)模擬量輸入(shr)口

16、，其功能是有FCF3FCF0寄存器所決定的，其選擇方式共有16種，默認狀態(tài)下，其端口為模擬量輸入端，如果有特殊需求，也可以改變器模擬量輸入輸出口的功能配置，以適應于不同的開發(fā)需要；其功能配置圖如下面的表格：Vref+參考電壓輸入，Vref-為參考電壓接地端；AD轉(zhuǎn)換有嚴格的時間限制,當啟用AD轉(zhuǎn)換模塊時，我們要考慮AD轉(zhuǎn)換所使用的時間是不符合AD轉(zhuǎn)換時的最小時間要求，ADCON1ADCON寄存器時鐘選擇位。與ADC 轉(zhuǎn)換(zhunhun)模塊相關的寄存器LCD功能模塊寄存器介紹(jisho)LCD 寄存器支持(zhch)一下功能可以直接驅(qū)動LCD 面板3個帶有預分頻的LCD時鐘的源最多4路公共

17、端（COM30）42段液晶可以支持最大168段液晶驅(qū)動（4路公共端液晶）第三章：電路設計(shj)要求及設計原理要求(yoqi)：在電路中要實現(xiàn)電動機驅(qū)動(q dn)電路電壓的積分實現(xiàn)，為的使電壓輸出更加穩(wěn)定，使用pwm可調(diào)的占空比方波輸出在電路中要有溫度檢測模塊，目的是實現(xiàn)溫度異常低時，可以使電動機外部加熱。不至于因為電動機溫度過低使得工作不正常實現(xiàn)電動機的實時控制及轉(zhuǎn)速檢測，以及實現(xiàn)液晶顯示。為未來單片機之間的通訊，或長時間通訊留出串行端口建議實現(xiàn)長距離通信 電源模塊設計依據(jù)LM317模塊的電器特性是：輸入輸出電壓差能夠達到40V，當輸入電壓為24V，輸出電壓為5V 時，芯片是可以工作的的

18、，并且芯片的溫度特性可以高達230攝氏度。在正常工作中要添加散熱片，以避免因溫度過高，而引起的電源燒壞，或電路斷電。電阻阻值的大小選型應遵守以下公式在電路設計中由于Iadj電流是很小的，在設計中可以考慮(kol)不計說以輸出電壓的高低取決于電阻的比值。LCD液晶(yjng)驅(qū)動設計考慮 JH011_LCD液晶模塊是只有一個公共COM口的液晶模塊。因此在電路設計中我們要占用39個I/O口。為了方便液晶驅(qū)動，我們每位上面的液晶共用一個LCDDATA寄存器，這樣我們就盡可能的實現(xiàn)了編寫程序(chngx)時的簡單易懂，使程序更加直觀。ADC電路的設計注意事項 在電子電路設計中往往要考慮電路中電壓或電流

19、值得大小，由于我們所使用的單片機對于電路電壓與電流有很強的敏感性，如果在電路中我們施加了大的電流或大電壓，我們會造成對芯片的永久性破壞，這種損失是我們不需要的，因此我們要做好電路的保護性工作。例如上圖中的電路中，我們加了一個大約500歐姆，這樣的話即使在大的電壓約5V上下時（理論上應小于5V）時，電流最大值為10毫安。小于單片機所能承受的最大20毫安的電流值。在電路中加載了兩個二極管是起電路保護作用的。單電壓過大，或過小時不會影響電路ADC采集。原理圖源程序：#include_CONFIG(INTCLK&WDTEN);/使用內(nèi)部(nib)時鐘打開看門狗定時器#define uint unsig

20、ned int#define uchar unsigned charuchar const table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;/共陰極(ynj)數(shù)碼管09編碼uchar zhuansu,regt0;/zhuansu(電動機的轉(zhuǎn)速）regt0（定時器0發(fā)生中斷(zhngdun)次數(shù)）uchar ccp1,ccp2;uint adreg;uchar ge,shi,bai,qian;/定義液晶的位uchar count,adif;/定義adc中斷的變量值uint dig;/adc數(shù)據(jù)采集void del

21、ay(uchar i)/大約0.5msuchar a,b;for(a=i;a0;a-)for(b=110;b0;b-);void init()OSCCON=0X75;/系統(tǒng)使用(shyng)內(nèi)部時鐘8MHZ，時鐘頻率為2000000hz，周期為0.5msINTCON=0XE0;/開啟全局中斷，開啟外部(wib)中斷使能位，打開定時器0中斷使能位OPTION=0X0F;/128預分頻(fn pn) ，分給看門狗void keyscan()uchar key;/撥碼開關檢測TRISB|=0X03;key=PORTB;delay(5);/防止尖峰脈沖key=PORTB;switch(key)/只運用

22、了低四位，高四位保留，預設十個數(shù)值1020轉(zhuǎn)case 0:zhuansu=10;break;case 1:zhuansu=11;break;case 2:zhuansu=12;break;case 3:zhuansu=13;break;case 4:zhuansu=14;break;case 5:zhuansu=15;break;case 6:zhuansu=16;break;case 7:zhuansu=17;break;case 8:zhuansu=18;break;case 9:zhuansu=19;break;case 10:zhuansu=20;break;void time0()T

23、RISA4|=1;/ra4端口為計數(shù)器0的輸入口T0IF=0;/終端口清零void time1()PIR1|=0X00;T1CON|=0X21;/使能TMR1ON，TIME1預分頻為4分頻TMR1L=(65536-50000)%256;TMR1H=(65536-50000)/256;PIE1=0X01;/打開TMR1IE，中斷時能位void time2()/TIME2模塊(m kui)T2CON|=0X06;PIE1|=0X02;PIR1|=0X02;void ccp()/ccp模塊(m kui)工作在pwm波形模式下PR2=0XFF;CCPR1L=ccp1;/CCPR2L=ccp2;CCP1

24、CON=0X3C;/CCP2CON=0X3C;PIR2&=0XFE;PIE2|=0X01;void adc()TRISA|=0X01;ANSEL=0X01;ADCON0=0X81;PIR1=0X01;ADIF=0;PIE1|=0X40;void lcd()LCDPS=0X30;LCDSE0=0XFF;LCDSE1=0XFF;LCDSE2=0XFF;LCDSE3=0XFF;LCDSE4=0XFF;LCDSE5=0XFF;LCDDATA0=tablege;LCDDATA13=tableshi;LCDDATA2=tablebai;LCDDATA12=tableqian;LCDDATA1=0X00;P

25、IR2&=0XEF;PIE2|=0X10;LCDCON=0X90;void main()init();while(1)keyscan();time0();time1();time2();ccp();adc();lcd();void interrupt zhongduan()if(T0IF=1)T0IF=0;regt0+;if(TMR1IF=1)uchar a;TMR1IE=0;count+;if(count=5)count=0;a=(regt0*256+TMR0)/5;qian=a/1000;bai=a%1000/100;shi=a%100/10;ge=a%10;if(azhuansu)ccp

26、1-;/減小占空比if(azhuansu)ccp1+;/增加(zngji)占空比if(ADIF=1)uchar a;uint digtel10;ADIF=0;adreg=(ADRESH8)+ADRESL;if(adif10)/數(shù)據(jù)(shj)采集10次digteladif=adreg;adif+;if(adif=10)adif=0;for(a=0;a10;a+)dig+=digtela;dig=dig/10;if(dig84)TRISD2=0;RD2=0;if(LCDIF=1)LCDIF=0;lcd();附錄(fl)：仿真軟件的應用(yngyng)簡介.德州儀器儀表公司的FilterPro仿真軟

27、件在有源濾波電路設計(shj)中應用的相當?shù)膹V泛，在這款軟件應用中，你只要設定你想要的電路形式。例如：在我設計的電路中，我想要2階低通積分濾波電路，使用巴適沃夫濾波形式。然后就會生成典型的低通積分電路。當我們(w men)通過軟件的形式獲取我們想要得到的電路時，我們最好是能夠應用我們所熟悉的仿真軟件進行參數(shù)仿真電路設計。報我們得到的電路圖以及參數(shù)值都設定(sh dn)電路中，然后運行軟件，進行仿真實現(xiàn)。以下是電路參數(shù)值與波形輸入輸出圖電路仿真實驗輸入電壓為5V占空比為80%，1khz的方波信號，下圖是輸入的波形。（方波輸入波形，占空比位80%的方波信號，如果(rgu)積分成功的話，輸出電壓應為

28、5X80%=4V的電壓信號）電壓輸出(shch)信號，波形為一個階躍信號，是一個不斷接近于一個值的信號，仿真后，該階躍信號是一個接近于4V的信號，仿真實驗成功。該電路運用實際電路實驗也是可以得到一個平穩(wěn)的電壓信號。當輸入占空比有變化時，電壓值是不同的。碩士論文 是碩士研究生所撰寫的學術論文，具有一定的理論深度和更高的學術水平，更加強調(diào)作者(zuzh)思想觀點的獨創(chuàng)性，以及研究成果應具備更強的實用價值和更高的科學價值。碩士論文是碩士研究生所撰寫的學術論文。優(yōu)秀的碩士論文能夠反映出作者對所學習專業(yè)的理論知識掌握的程度和水平，能夠幫助作者構建起良好的完整的知識體系，還能夠反映作者獨立的科研能力和學術

29、理論的應用水平，對研究的課題的思考和獨立見解。較之學士論文，碩士論文應當具有一定的理論深度和更高的學術水平，更加強調(diào)作者思想觀點的獨創(chuàng)性，以及研究成果應具備更強的實用價值和更高的科學價值。因而撰寫碩士論文將對作者提出更高的要求數(shù)據(jù)資料翔實充分、論證分析詳盡縝密、推理演算思路清晰、論文結構規(guī)范清晰、專業(yè)詞匯運用準確。電路與系統(tǒng) 學科研究電路與系統(tǒng)的理論、分析、測試、設計和物理實現(xiàn)。它是信息與通信工程和電子科學與技術這兩個學科之間的橋梁，又是信號與信息處理、通信、控制、計算機乃至電力、電子等諸方面研究和開發(fā)的理論與技術基礎。因為電路與系統(tǒng)學科的有力支持，才使得利用現(xiàn)代電子科學技術和最新元器件實現(xiàn)復雜、高性能的各種信息和通信網(wǎng)絡與系統(tǒng)成為現(xiàn)實。信息與通訊產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展以及微電子器件集成規(guī)模的迅速增大，使得電子電路與系統(tǒng)走向數(shù)字化、集成化、多維化。電路與系統(tǒng)學科理論逐步(zhb)由經(jīng)典向現(xiàn)代過渡，同時和信