1、電動機(jī)控制期末論文論文題目 ：基于atmega16-控制直流電動機(jī)摘 要 本文主要介紹基于atmega16單片機(jī)的直流電動機(jī)控制，眾所周知的，直流電動機(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、制動和調(diào)速性能，因此使得直流電動機(jī)得到廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：atmega16單片機(jī) 直流電動機(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 stepper moto

2、r 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 錄摘 要iiabstractii第一章 緒 論11.1直流電機(jī)發(fā)展11.2直流電機(jī)的應(yīng)用前景21.3 直流電動機(jī)特點(diǎn)與構(gòu)造21.4設(shè)計內(nèi)容3第二章 atmag

3、e16單片機(jī)介紹42.1 atmega16主要功能4第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計63.1 直流電動機(jī)的控制原理63.2 電機(jī)控制原理圖8參考文獻(xiàn)10附錄：11第一章 緒 論1.1直流電機(jī)發(fā)展 1840年wheatsone開始提出和制作了略具雛形的直線電機(jī)。從那時至今，在160多年的歷史中，直線電機(jī)經(jīng)歷了三個時期。 （1）18401955年為探索實(shí)驗(yàn)時期； 從1840年到1955年的116年期間，直線電機(jī)從設(shè)想到實(shí)驗(yàn)到部分實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用，經(jīng)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(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

4、確地提到了直線電機(jī)以及它的專利。然而，由于當(dāng)時的制造技術(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)和部分實(shí)驗(yàn)應(yīng)用時期，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)的成本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)計方面也沒有突破性的成功，所以直線電機(jī)在這一時期始終未能得到真正的應(yīng)用。 （2）19561970年為開發(fā)應(yīng)用時期； 自1955年以來，直線電機(jī)進(jìn)入了全面的開發(fā)階段，特別是該時期的控制技術(shù)和材料的驚人發(fā)展，更加助長了這種勢頭。在這段時期，申請直

5、線機(jī)的專利件數(shù)也開始急速增加，該時期直線電機(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、自動繪圖儀、磁頭定位驅(qū)動裝置、電唱機(jī)、縫紉機(jī)、空氣壓縮機(jī)、輸送裝置等。 （3）1971年至今為實(shí)用商品時期 ； 從1971年開始到目前的這個階段，直線電機(jī)終于進(jìn)入了獨(dú)立的應(yīng)用時代，在這個時代，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)用價值的裝置和產(chǎn)品，例如直線電機(jī)驅(qū)動的鋼管輸送機(jī)、運(yùn)煤機(jī)、起重機(jī)、空壓機(jī)、沖壓機(jī)、拉伸機(jī)、各種電動門、電動窗、電動紡織機(jī)等等。特別可喜的是利用直

6、線電機(jī)驅(qū)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(yàn)行程累計已達(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)發(fā)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)動慣量小、沒有勵磁損耗等問題，因此在各個領(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

7、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)勢如反饋裝置更簡單、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)計表明直流電機(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)相比有更多的優(yōu)點(diǎn)如電機(jī)本體結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行時無火花、電磁干擾小，無噪聲等，因此具備廣泛應(yīng)用前景。1.3 直流電動機(jī)特點(diǎn)與構(gòu)造 直流電動機(jī)特點(diǎn)： (1)調(diào)速性能好。所謂“調(diào)速性能”，是指電動機(jī)在一定負(fù)載的條件下，根據(jù)需要，人為地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)

8、速。直流電動機(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)起動力矩大?？梢跃鶆蚨?jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負(fù)載下起動或要求均勻調(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，都用直流電動機(jī)拖動。直流電動機(jī)構(gòu)造： 直流電動機(jī)分為兩部分：定子與轉(zhuǎn)子。記住定子與轉(zhuǎn)子都是由那幾部分構(gòu)成的，注意：不要把換向極與換向器弄混淆了，記住他們兩個的作用。 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)計內(nèi)容 本文設(shè)計主要對電機(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)。以達(dá)到設(shè)計要求。第二章 atmage

9、16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，其結(jié)構(gòu)和基本原理都相類似。本次設(shè)計所用到的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 結(jié)構(gòu)：131條指令大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期，32個8位通用工作寄存器，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，擦寫壽命可達(dá)到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)

10、可通過jtag接口實(shí)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(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時器/ 計數(shù)器，一個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/ 計數(shù)器；(7) 片內(nèi)/ 片外中斷源；(8) 具有一個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)行采樣。(9) 工作電壓：2.75.5v。速度等級：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bit(位)為一個單

11、元，因此avr還是屬于8位單片機(jī)。2.高度保密(lock)?？啥啻尾翆懙膄lash具有多重密碼保護(hù)鎖死(lock)功能，因此可低成本高速度地完成產(chǎn)品商品化，并且可多次更改程序(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個通用作寄存器(相當(dāng)于8051中的32個累加器)，克服了單一累加器數(shù)據(jù)處理造成的瓶須現(xiàn)象，1284k字節(jié)sram可靈活使用指令計算，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

12、可直接在電路板上進(jìn)行程序的修改、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；xtal1/2：晶振；reset： 復(fù)位；aref： a/d轉(zhuǎn)換參考電壓；papd： 雙向i/o口；txd： usart輸出引腳；rxd： usart輸入引腳；oc1a： pwm波形輸出端；綜合以上所述，正因?yàn)閍tmega16單片機(jī)的先進(jìn)性，本設(shè)計選用該型號的單片機(jī)。 第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)過對atmega16等的總體了解和掌

13、握以及對各種元器件和電路圖的分析和比較后，現(xiàn)在就進(jìn)入硬件電路的設(shè)計。圖3-1 直流電動機(jī)模型3.1 直流電動機(jī)的控制原理 圖3-1是一個最簡單的直流電動機(jī)模型。在一對靜止的磁極n和s之間，裝設(shè)一個可以繞z-z軸而轉(zhuǎn)動的圓柱形鐵芯，在它上面裝有矩形的線圈abcd。這個轉(zhuǎn)動的部分通常叫做電樞。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，它們和電樞裝在同一根軸上，可隨電樞一起轉(zhuǎn)動。a和b是兩個固定不動的碳質(zhì)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(dāng)電刷a和b分別與直流電源的正極和負(fù)極接通時，電流從電刷

14、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(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3-2（a）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(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)生了反時針方向的轉(zhuǎn)矩，因此電樞就將沿著反時針方向轉(zhuǎn)動起來。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，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7-5（b）

15、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)行控制，其控制框圖如圖3-3示：atmega16直流電機(jī)圖3-3 具體如下圖示： 結(jié)束語通過本次課程設(shè)計，讓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)知識的價值。我在設(shè)計之初所遇到的問題應(yīng)該也會是大部分初學(xué)者都會遇到了問題，我通過查閱書籍資料

16、，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誤，懇請老師批評指正，感謝老師！ 參考文獻(xiàn)1王曉明 電動機(jī)的單片機(jī)控制m，北京:北京航空航天大學(xué)出版社,20022沈文 avr單片機(jī)c語言入門指導(dǎo)，北京：清華大學(xué)出版社，20033丁化成等 avr 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計m，北京:北京航空航天大學(xué)出版,2002.4譚浩強(qiáng) c語言程序設(shè)計（第五版）,北京：清華大學(xué)出版社，2009.15atmega16用戶手冊附錄：程序設(shè)計框圖：程序：/*k1鍵為開始,k2鍵為電

17、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延時函數(shù)計算方法：計數(shù)個數(shù)（y）=延時時間*晶振頻率/6 - 1*/void delay(uint x)/3.6864m晶振為1ms uint y; while(x-) for(y=0;y613;y+);/*io口初始化*/ void init_io(void) ddra=0x00; porta=0xff;/porta做輸入上拉電阻 ddrd|=bit(6); portd&=bit(6); ddrd|=bit(7); po

18、rtd&=bit(7); ddrd|=bit(4); portd&=bit(4);/portd的4，6，7口做輸出 ddrd&=bit(2); portd|=bit(2);/*鍵盤掃描程序快速pwm模式下top值的計算方法輸出頻率=晶振頻率/分頻數(shù)*（1+top）*/void keyscan(void) uchar key; key=pina;/從pina讀取數(shù)據(jù) if(key=0xef) /按下k1鍵，電機(jī)全速正轉(zhuǎn) tccr1b=0x00; tccr1a=0x00;/關(guān)閉定時器1 portd|=bit(4);/把電機(jī)使能位置一 portd|=bit(6); portd&=bit(7);/電機(jī)正轉(zhuǎn)a=1，b=0 while(pina=0xef);/等待松開按鍵 if(key=0xdf)/按下k2鍵 電機(jī)正轉(zhuǎn) tccr1b=0x00; tccr1a=0x0