直流電機優(yōu)化控制系統(tǒng)設計(二)
3 系統(tǒng)硬件方案設計與實現(xiàn)
3.1 控制芯片
選擇單片機作為本控制系統(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比,能夠進行硬件調試,軟件開發(fā)簡單。AVR 單片機是Atmel 公司推出的較為新穎的8 位單片機,采用了RISC 結構,其顯著的特點為高性能、高速度低功耗。它取消機器周期,以時鐘周期為指令周期,實行流水作業(yè)。內部集成32 個通用寄存器,每一個都相當于51 里面的一個累加器A,避免了累加器瓶頸,進一步提高了運行速度和代碼效率。AVR 單片機指令以字為單位,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,同時完成下一條指令的讀取。通常時鐘頻率用1~16MHz,最短指令執(zhí)行時間為63ns。AVR 單片機指令代碼較為簡練,其編譯器都C 語言進行了優(yōu)化,具備ISP和IAP(In Application Program,在應用編程)。與傳統(tǒng)的51 系列相比,AVR 單片機在速度、功耗、性價比上具有極大的優(yōu)勢,因此,我們選擇AVR 單片機作為本系統(tǒng)的控制芯片。
3.1.1 ATmega16 的特點
ATMEL 公司的AVR 單片機現(xiàn)有50 多個品種,分為低、中、高三個不同檔次。我們選擇了AVR 單片機中性價比較高的一款-ATmega16 作為系統(tǒng)控制芯片。ATmega16 屬于高檔AVR 單片機,是一款性能完善、使用更加方便和功能更加強大的新型AVR 單片機。其性能及內部資源如下:
(1)高性能和低功耗的先進RISC 型8 位微控制器。
(2)32 個8 位通用工作寄存器,只需2 個時鐘周期的硬件乘法器,工作于
16MHz 時性能高達16MIPS。
(3) 內部集成16KB Flash,1KB 的SRAM 和512B 的E2PROM。
(4)32 個準雙向I/O 引腳,20 個中斷源,其中外部中斷源為2 個,1 個SPI
接口和1 個USART,2 個8 位定時器和一個16 位定時器,3 個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位、
外部復位、看門狗復位和BOD(電源電壓欠壓和過壓檢測)等多種復位電路。。
(5) 符合IEEE1149.1 標準的JTAG 接口,可實現(xiàn)對片內存儲器的編程和程
序調試。具備ISP 和IAP 功能。
(6)系統(tǒng)時鐘為0-16MHz,可外接晶體振蕩器,也可用片內振蕩器,ATmega16
提供0-8MHz 可校準的內部時鐘,在對時鐘要求不很嚴格的場合可用內部時鐘,
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