VR虚拟现实AVR直流电机控制系统硬件设计.docx
《VR虚拟现实AVR直流电机控制系统硬件设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《VR虚拟现实AVR直流电机控制系统硬件设计.docx（49页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
VR虚拟现实AVR直流电机控制系统硬件设计
（VR虚拟现实）AVR直流电机控制系统硬件设计
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。
ATmega16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，ATmega16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LMD18200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控制直流电机的起动，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驱动接口电路和K1010光电耦合器，LMD18200驱动电路，串行通信控制电路相应的软件设计。
软件通过ICCAVR编写，然后用AVRStudio进行仿真并将编译通过的程序代码下载到ATmega16之中对系统进行控制。
关键词：
ATmega16；直流电机；PWM；LMD18200
Abstract
Inrecentyears,theSCMapplicationwhichusedinthefieldofindustrialautomation,productionprocessbecomesmoreandmoredeepenandextensive.ATmega16isamicrocontrollerbuilduponAVRRISCconfigurationwhichisalowconsumemicrocontrollerof8-bitCMOS.ThedataofATmega16haveahighdispatcherwhichcanreach1MIPS/MHzforadvancedinstructionvolumandtheinstructionofsingleclockcycle,soitcanrelaxedtheconflictbetweenconsumeanddisposespeed.ThisdesignshowusthataPWMspeedsystemofDC-motorusingATmega16isintroducedinthispaper.Thispaperelaboratesonthesystemprinciple,opticalEncoder,LMD18200drivingsystem,HighReliabilityPhotoCouplerK1010,theDC-motorPWMdigitalcontrolsystem,andsystemserialcommunicationagreementof232communication.Thesystemismainlycompletedthestart,stopandaccelerationanddecelerationnfunctionsbywhichthemasterPCandATmega16controltheDCmotor.Thearticledescribedindetailthespeedcontrolsystem'sworkingprinciple,thePWMdriveinterfacecircuitandK1010Optocoupler,LMD18200drivecircuit,therelativesoftwaredesignoftheserialcommunicationcontrolcircuit.ThesoftwareisprogrammedthroughICCAVR,thensimulatedbyAVRStudioandthecompiledcodeisdownloadedtoATmega16tocontrolthesystem.
Keywords:
ATmega16;DC-motor;PWM;LMD18200
1绪论1
1.1课题的背景及意义1
1.2直流电机的发展2
1.3本设计完成的工作2
2AVR单片机简介3
2.1单片机系统概述3
2.2ATmega16功能概述3
2.3ATmega16单片机5
2.3.1ATmega16单片机的特点及特性5
2.3.2ATmega16单片机引脚配置及说明8
2.3.3CPU9
2.3.4存储器10
2.3.5I/O口介绍12
2.3.6复位电路17
2.3.7时钟电路18
3直流电机控制系统硬件设计21
3.1总体电路设计21
3.2时钟电路21
3.3系统复位电路21
3.4串行通信接口电路设计22
3.4.1主要特点22
3.4.2内部结构23
3.4.3Max232引脚图23
3.4.4Max232电路设计23
3.5驱动电路24
3.5.1LMD18200芯片介绍24
3.5.2各引脚的功能及原理26
3.5.3驱动电路设计27
3.6光电耦合电路28
4软件设计30
4.1初始化程序设计30
4.1.1I/O初始化30
4.1.2定时器初始化30
4.1.3串口初始化31
4.2主程序32
4.3中断及转速控制子程序34
4.4串行数据传输程序36
4.5ICCAVR37
4.5.1开发环境ICCAVR介绍37
4.5.2开发及编译37
4.6AVRStudio仿真38
4.6.1仿真器的特点38
4.6.2连接JTAGICE39
4.6.3仿真环境40
4.7ATmega16单片机控制直流电机程序代码42
结论49
致谢50
参考文献51
附录A英文原文52
附录B中文翻译60
附录C总体电路设计图..........................................................................................................67
1绪论
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生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，都大量地使用着各种各样的电动机。
因此对电动机的控制变得越来越重要了。
电动机的控制技术的发展得力于微电子技术、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发展成就。
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，由于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于工业、航天领域的各个方面。
直流电机由于具有速度控制容易，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。
随着生产和科技的发展，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；另一方面，电机控制系统也经历了交磁放大器、磁放大器、可控离子变速器、可控硅和计算机控制的发展历程。
尤其是最近几年来，随着微电子技术和计算机技术的发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发展。
目前，最常用的直流调速技术是脉宽调制（PWM）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（PWM）调速技术，正在迅速地取代SCR直流调速系统。
尤其是单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RISC指令架构的8位单片机。
RISC通过优选使用频率最高的简单指令，避免复杂指令，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。
AVR高端产品ATmega系列的部分单片机中还集成了在线调试单元，通过JTAG即可实现在线调试和程序下载功能。
这使得AVR单片机成为一种能满足多种需求的高灵活性和低成本的高速微处理器。
1.2直流电机的发展
直流电机可以对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，在仪器仪表，机床设备以及计算机的外围设备中（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发展，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,长期以来一直战局着调速控制领域的统治地位。
近年来，随着交流变频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，直流电机仍是最佳选择。
在本世纪初，由于资本主义列强争夺殖民地，造船工业发展很快，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，不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，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一个可以控制直流电机旋转的系统。
本次设计主要实现了以下几个功能：
（1）设计两个稳压电源接口，可以接入适合单片机工作的5V电源和LMD18200使用的12V电源。
（2）设计一个外围驱动电路来驱动直流电机旋转。
（3）使用上位机串口控制直流电机转速。
最后编写软件部分，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、计算机技术的发展与进步，电路系统向着集成度极高的方向发展。
CPU的生产制造技术，也朝着综合性、技术性、实用性发展。
如CPU的运算位数从4位、8位……到32位机的发展，运算速度从8MHz、32MHz……到1.6GHz。
可以说是日新月异的发展着。
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；第三，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
升级会员 