直流電機優化控制系統設計(二)

3 系統硬件方案設計與實現

3.1 控制芯片

選擇單片機作為本控制系統的核心，根據本系統所要完成的功能，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。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 語言進行了優化，具備ISP和IAP(In Application Program，在應用編程)。與傳統的51 系列相比，AVR 單片機在速度、功耗、性價比上具有極大的優勢，因此，我們選擇AVR 單片機作為本系統的控制芯片。

3.1.1 ATmega16 的特點

ATMEL 公司的AVR 單片機現有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，可實現對片內存儲器的編程和程

序調試。具備ISP 和IAP 功能。

(6)系統時鐘為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，