直流電機(jī)優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(二)

3 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 控制芯片

選擇單片機(jī)作為本控制系統(tǒng)的核心，根據(jù)本系統(tǒng)所要完成的功能，要求我們所用的控制芯片需具備以下功能或接口，PWM 輸出功能、A/D 轉(zhuǎn)換功能、串行通訊接口。此外，為了完成某些控制算法，需要有較高的速度，還要求具有較低的功耗和較高的性價(jià)比，能夠進(jìn)行硬件調(diào)試，軟件開發(fā)簡(jiǎn)單。AVR 單片機(jī)是Atmel 公司推出的較為新穎的8 位單片機(jī)，采用了RISC 結(jié)構(gòu)，其顯著的特點(diǎn)為高性能、高速度低功耗。它取消機(jī)器周期，以時(shí)鐘周期為指令周期，實(shí)行流水作業(yè)。內(nèi)部集成32 個(gè)通用寄存器，每一個(gè)都相當(dāng)于51 里面的一個(gè)累加器A，避免了累加器瓶頸，進(jìn)一步提高了運(yùn)行速度和代碼效率。AVR 單片機(jī)指令以字為單位，且大部分指令都為單周期指令。而單周期既可執(zhí)行本指令功能，同時(shí)完成下一條指令的讀取。通常時(shí)鐘頻率用1～16MHz，最短指令執(zhí)行時(shí)間為63ns。AVR 單片機(jī)指令代碼較為簡(jiǎn)練，其編譯器都C 語(yǔ)言進(jìn)行了優(yōu)化，具備ISP和IAP(In Application Program，在應(yīng)用編程)。與傳統(tǒng)的51 系列相比，AVR 單片機(jī)在速度、功耗、性價(jià)比上具有極大的優(yōu)勢(shì)，因此，我們選擇AVR 單片機(jī)作為本系統(tǒng)的控制芯片。

3.1.1 ATmega16 的特點(diǎn)

ATMEL 公司的AVR 單片機(jī)現(xiàn)有50 多個(gè)品種，分為低、中、高三個(gè)不同檔次。我們選擇了AVR 單片機(jī)中性價(jià)比較高的一款-ATmega16 作為系統(tǒng)控制芯片。ATmega16 屬于高檔AVR 單片機(jī)，是一款性能完善、使用更加方便和功能更加強(qiáng)大的新型AVR 單片機(jī)。其性能及內(nèi)部資源如下：

(1)高性能和低功耗的先進(jìn)RISC 型8 位微控制器。

(2)32 個(gè)8 位通用工作寄存器，只需2 個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器，工作于

16MHz 時(shí)性能高達(dá)16MIPS。

(3) 內(nèi)部集成16KB Flash，1KB 的SRAM 和512B 的E2PROM。

(4)32 個(gè)準(zhǔn)雙向I/O 引腳，20 個(gè)中斷源，其中外部中斷源為2 個(gè)，1 個(gè)SPI

接口和1 個(gè)USART，2 個(gè)8 位定時(shí)器和一個(gè)16 位定時(shí)器，3 個(gè)PWM 通道，8

路10 位的A/D 通道。

(4) 具有空閑、省電、掉電、等待和ADC 降噪等多種功作模式和上電復(fù)位、

外部復(fù)位、看門狗復(fù)位和BOD(電源電壓欠壓和過壓檢測(cè))等多種復(fù)位電路。。

(5) 符合IEEE1149.1 標(biāo)準(zhǔn)的JTAG 接口，可實(shí)現(xiàn)對(duì)片內(nèi)存儲(chǔ)器的編程和程

序調(diào)試。具備ISP 和IAP 功能。

(6)系統(tǒng)時(shí)鐘為0-16MHz，可外接晶體振蕩器，也可用片內(nèi)振蕩器，ATmega16

提供0-8MHz 可校準(zhǔn)的內(nèi)部時(shí)鐘，在對(duì)時(shí)鐘要求不很嚴(yán)格的場(chǎng)合可用內(nèi)部時(shí)鐘，