电动机控制硬件电路控制单元原理

1、目录第一章：pic单片机功能简介1.1. pic单片机的生产商microchip公司简介1.2. pic单片机运用场所1.3. pic单片机，以及为什么选择该型单片机第二章：电动机信号信号的数据采集系统与智能控制2.1 pic16f946单片机端口引脚2.2 pic单片机运用到的各个寄存器的介绍2.2.1 时钟源模块选型2.2.2 定时器0功能模块介绍2.2.3 定时器1功能模块介绍2.2.4 pwm波形输出模块与定时器1的复用（以ccp1为例）2.2.5 adc转换模块2.2.6 lcd驱动模块介绍2.2.7 串口通讯模块第三章：电路设计要求及设计原理3.1 lm317电源电路设计以及设计依

2、据3.2 lcd模块电路的设计3.3 adc转换电路的输入方式设计依据与原理3.4 积分电路设计及相关积分电路软件的应用仿真参考资料序在2009至2010年一年中的工作与实习中生活中，由于工作的需要，我深入接触了pic16f946系列的单片机。该单片机是mcs-5单片机的衍生品，之所以说它是51单片机的衍生品，是因为他去的功能是在51型号的单片机的基础上集成了一些其他的功能，使其功能更加的强大，运算数度更加的快，操作也更加方便，该型号的单片机相对于我们以前所了解的mcs-51系列的单片机来讲有很强的运算处理能力。由于分频比的关系，pic单片机的运算速度更快（51系列单片机为12分频，pic16

3、f946系列的单片机为4分频，其晶振数度同样的可以达到20mhz也就是在使用同样速度的晶振的情况下，pic16f946的处理速度是51单片机的3倍），由于在pic单片机中集成了看门狗（watch dog），其其安全性能更加安全可靠可靠，在单片机程序跑偏或跑丢了的情况的下，单片机会自动产生看门狗中断使其自动复位，这在工业控制中显得有为的重要，因为在工业现场，如果单片机因为外部干扰因素或其他原因，单片机的程序跑丢，或跑偏，或有很大的危险性，或造成很大的经济损失，这是各个厂家所不能容许的，51单片机中没有看门狗模块，因此在工业智能化控制与运用中，51单片机显得是尤为的欠缺，自然在工业生产中应用的不多

4、。另外51单片机没有adc转换模块，也没有eeprom，i2c通讯模块，在开发中我们往往会运用到数据采集或者是数据的存储，如果我们选择51单片机的话，无非我们要应用本来就不是太丰富的i/o口，进行外围电路的扩展，为了满足需求，我们只能牺牲更多的端口代价。而在pic单片机开发要比51单片机方便简单许多，由于他的较高集成性能，致使我们用起pic单片机的开发中我们不必考虑太多的外扩单元，adc模块iic模块，在我们常用的pic 单片机中，已经进行了高度的集成性，甚至我们不容使用lcd模块电路，直接运用单片机内不得lcd驱动模块，进行lcd液晶驱动。这就是让我们做开发方便简单的原因。当然microch

5、ip公司的pic单片机众多的型号中不只是这一种系列，他还有更高级的如dspic系列（16位单片机）,之所以叫dspic是因为在单片机中内嵌了一个更高级的内核，那就是dsp内核（与真正意义上的dsp数字信号处理器还是有很大的区别的），他的速度更快，可操作的寄存器更多。由于我现在还没有更多的了解dspic单片机，所以自此只是蜻蜓点水，不去做更深入的了解。第一章：pic单片机功能简介1.1. pic单片机的生产商microchip公司简介microchip technology inc.（美国微芯科技公司）是全球领先的单片机和模拟半导体供应商，为全球数以千计的多样化应用提供低风险的产品开发、更低的系

6、统总成本以及更快的产品上市时间。公司提供出色的技术支持、可靠的产品和卓越的质量。据业界权威研究机构dataquest资料，全球8位单片机（mcu）付运量排名第一 ；迄今已成功付运超过40亿颗pic单片机。1.2. pic单片机运用场所以及为什么人们选择这款单片机 pic单片机运用场所microchip为全球超过45,000家从事大批量嵌入式控制应用设计的客户提供高性产品，它们广泛应用于消费类、汽车、办公自动化、通讯和工业控制领域。为什么人们选择这款单片机microchip的8位和16位pic单片机系列具有高性能、低成本和封装体积小等特点，是业界性价比最佳的产品。pic单片机采用功能强大的ris

7、c内核，其架构使用户无需改变代码或只需改变很少量代码，即可轻松地在6引脚至100引脚各种封装的单片机系列之间移植。产品的高级特征包括：精密的定时外设、集成模数转换器（adc）、通讯外设（i2c/spi/usb/can端口和lin usarts）、在线串行编程（in-circuit serial programming）技术以及包括peec闪存（在更宽的工作温度范围下，每个存储单元可实现高达100万次擦写周期）、eeprom、一次性编程（otp）和只读存储器（rom）等在内的存储技术。下面我将要介绍的是我的毕业设计。在这次的毕业设计中我说要设计的课题是信号的数据采集系统与智能控制。第二章电动机信

8、号的数据采集系统与智能控制2.1 pic16f946单片机pic16f946为精简指令集（rsic）的单片机内部集成了许多功能模块，他的分频比为4分频与51单片机相比pic16f946单片机的复位方式为低电平复位，即在mclr端口为0时单片机，内部还有内部时钟，低频模式时约为31khz，高频时能够达到8mhz的晶体振荡效果,eeprom模块，并且可以进行串行通讯，并行通讯，也可以进行i2c通讯，拥有ad转换模块，还有定时器0，1，2，液晶驱动模块。pic16f946单片机内部结构图如下：端口ra0ra5双向输入输出口，其方向由trisa寄存器来控制，假如端口a的方向设置为低四位输出，trisa

9、=0x0f则为,也就是说，当端口值为1时，端口为输入状态，也就是in，为0时为输出状态，也就是英文字母out；端口a还可以为模拟量输入口，其通过adc寄存器进行配置。2.2 时钟源：pic16f946具有大量的时钟源选择特性，使其能够得到广泛的应用，同时能优化性能，降低功耗。上图给出了pic16f946时钟源的框图。可使用外部振荡器配置时钟源，可使用的振荡器有石英振荡器，晶振谐振器，陶瓷振荡器和阻容振荡器。此外还可以使用两个内部振荡器中的一个配置系统时钟源，并可以通过软件选择时钟速率。其他时钟特性包括：1. 通过软件选择外部或内部系统时钟源。（_config()）2. 双速时钟启动模式将外部时

10、钟和代码执行之间的延时缩到最小。3. 保护时钟源监视器专用于检测外部时钟源（lp,xt,hs,ec或rc）的故障，是系统时钟切换到内部振荡器。ircf内部时钟频率选择位通过配置可以选择不同的内部时钟频率，他可以有8种时钟配比方式，其配比方式如下图(图2.2.1)图（2.2.1）osts：振荡器超时状态位当osts位为1时器件使用fosc定义的外部时钟当osts位为0时使用内部时钟（intosc）hts：（8mhz-125khz）高速时钟稳定位lts：低频（31khz）时钟源稳定位scs：系统时钟源选择位scs=1时系统选择内部时钟源scs=0时，系统选择外部时钟pic16f946通过_conf

11、ig(*&*);可以配置在以下一种时钟模式下工作例如：_config(intclk&wdtdis);/其配置方式位使用内部时钟源，关闭看门狗1. ec外部时钟2. lp低增益晶体或陶瓷谐振器振荡模式3. xt中等增益或晶振或陶瓷谐振器振荡模式4. hs高增益晶振或陶瓷谐振器模式5. rc外部阻容振荡器6. rcio外部阻容振荡器7. intosc内部振荡器，fosc/48. intoscio内部振荡器2.3 定时器0寄存器定时器0寄存器具有以下特点：l.1 8位定时器/计数器l.2 可读写l.3 8位可软件编程预分频寄存器l.4 内部或外部始终选择（定时使用内部时钟；计数时使用外部时钟通过配置

12、trisa4,设置为输入模式实现计数功能）l.5 累加计数方式，由ff到00溢出中断l.6 外部时钟源边沿选择计数方式（上升沿或是下降沿）与定时器0相关的寄存器：（阴影部分未使用）tmr0:timr0模块寄存器intcon:中断控制寄存器option:选项寄存器trisa:端口方向选择寄存器（用于计数器模式时配比）2.4 定时器1相关的寄存器定时器1的工作方式与定时器0的工作方式相类似，它是可以预分频，可以计数，定时。其溢出方式也与定时器0相类似，又说不同的时定时器1具有16位保持寄存器，溢出时是从ffff到0000溢出。2.5 pwm波形输出与time2模块的应用如果我们向应用单片机输出一个

13、pwm波形，我们可以运用单片机内部的功能模块来实现，这样实现的pwm波形具有稳定性高，并且可以消除尖波脉冲，这是因为ccpxh内部锁存器和一个内部部锁存器为pwm占空比提供一个双重缓冲。pwm波形的输出原理，及其功能模块开的配比：pwm波形主要是由如下图的寄存器进行配比的。ccp1l预存pwm波形占空比的高八位，ccp1con预存占空比的第二位。pw2为周期时间配比寄存器。但是时间长度不是有这个寄存器来决定的。时间长度是由tmr2寄存器来决定的，时间长度大小的计算公式是时间长度=pr2+1*4*tosc*(tmr2的预分频)工作方式介绍：当tme2时间寄存器计数的值与ccpxl+ccpxcon

14、预设的十位值相等时，wpm波形实现一次翻转，由原先的高电平信号，转变为低电平信号。时间计数器继续计数，当时间计数器的内部值等于pr2的预设值时，会发生以下系列的动作：1. 波形信号会由原先的低电平信号转变为高电平信号。2. tmr2内部时间寄存器会自动清零，然后继续计数。3. pwm波形寄存器的ccpxl占空比会自动锁存到ccpxh中（这样的工作方式可以避免电平信号由低电平信号到高电平信号转变时脉冲电平促发的尖波信号）2.6 adcon0寄存器:其中adcs0adcs1为分频方式选择位下面是对照表： 11 = rc振荡器选择chs2chs0为模拟信号输入口选择位go/donggo模拟转换开始d

15、ong模拟转换结束adonad转换控制位，当adon=1时可以ad转换，ad转换禁止adfmadfm=1转换数据右对齐adresh的高6位读作0例如：（0000 00xx）b；adfm=0 转换数据左对齐，adresl的低6位读作0例如（xx00 0000）b；x=unknown；adcs2adcs2为时钟选择位如果adcs2=0时；分频为以上分频方式；adcs2=1在原先的基础上再进行2分频即：fosc=原分频比2fcfg3fcfg0端口ra,re端口功能配置位，an7an0为默认模拟量输入口，其功能是有fcf3fcf0寄存器所决定的，其选择方式共有16种，默认状态下，其端口为模拟量输入端，

16、如果有特殊需求，也可以改变器模拟量输入输出口的功能配置，以适应于不同的开发需要；其功能配置图如下面的表格：vref+参考电压输入，vref-为参考电压接地端；ad转换有严格的时间限制,当启用ad转换模块时，我们要考虑ad转换所使用的时间是不符合ad转换时的最小时间要求，adcon1adcon寄存器时钟选择位。与adc 转换模块相关的寄存器2.7 lcd功能模块寄存器介绍lcd 寄存器支持一下功能1. 可以直接驱动lcd 面板2. 3个带有预分频的lcd时钟的源3. 最多4路公共端（com30）4. 42段液晶可以支持最大168段液晶驱动（4路公共端液晶）5.第三章：电路设计要求及设计原理要求：

17、l 在电路中要实现电动机驱动电路电压的积分实现，为的使电压输出更加稳定，使用pwm可调的占空比方波输出l 在电路中要有温度检测模块，目的是实现温度异常低时，可以使电动机外部加热。不至于因为电动机温度过低使得工作不正常l 实现电动机的实时控制及转速检测，以及实现液晶显示。l 为未来单片机之间的通讯，或长时间通讯留出串行端口建议实现长距离通信3.1 电源模块设计依据lm317模块的电器特性是：输入输出电压差能够达到40v，当输入电压为24v，输出电压为5v 时，芯片是可以工作的的，并且芯片的温度特性可以高达230摄氏度。在正常工作中要添加散热片，以避免因温度过高，而引起的电源烧坏，或电路断电。电阻

18、阻值的大小选型应遵守以下公式在电路设计中由于iadj电流是很小的，在设计中可以考虑不计说以输出电压的高低取决于电阻的比值。3.2 lcd液晶驱动设计考虑 jh011_lcd液晶模块是只有一个公共com口的液晶模块。因此在电路设计中我们要占用39个i/o口。为了方便液晶驱动，我们每位上面的液晶共用一个lcddata寄存器，这样我们就尽可能的实现了编写程序时的简单易懂，使程序更加直观。3.3 adc电路的设计注意事项 在电子电路设计中往往要考虑电路中电压或电流值得大小，由于我们所使用的单片机对于电路电压与电流有很强的敏感性，如果在电路中我们施加了大的电流或大电压，我们会造成对芯片的永久性破坏，这种

19、损失是我们不需要的，因此我们要做好电路的保护性工作。例如上图中的电路中，我们加了一个大约500欧姆，这样的话即使在大的电压约5v上下时（理论上应小于5v）时，电流最大值为10毫安。小于单片机所能承受的最大20毫安的电流值。在电路中加载了两个二极管是起电路保护作用的。单电压过大，或过小时不会影响电路adc采集。原理图源程序：#include_config(intclk&wdten);/使用内部时钟打开看门狗定时器#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar const table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x6

20、6,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/共阴极数码管09编码uchar zhuansu,regt0;/zhuansu(电动机的转速）regt0（定时器0发生中断次数）uchar ccp1,ccp2;uint adreg;uchar ge,shi,bai,qian;/定义液晶的位uchar count,adif;/定义adc中断的变量值uint dig;/adc数据采集void delay(uchar i)/大约0.5msuchar a,b;for(a=i;a0;a-)for(b=110;b0;b-);void init()osccon=0x75;/系统使用内部时钟8mhz，时钟

21、频率为2000000hz，周期为0.5msintcon=0xe0;/开启全局中断，开启外部中断使能位，打开定时器0中断使能位option=0x0f;/128预分频 ，分给看门狗void keyscan()uchar key;/拨码开关检测trisb|=0x03;key=portb;delay(5);/防止尖峰脉冲key=portb;switch(key)/只运用了低四位，高四位保留，预设十个数值1020转case 0:zhuansu=10;break;case 1:zhuansu=11;break;case 2:zhuansu=12;break;case 3:zhuansu=13;break;

22、case 4:zhuansu=14;break;case 5:zhuansu=15;break;case 6:zhuansu=16;break;case 7:zhuansu=17;break;case 8:zhuansu=18;break;case 9:zhuansu=19;break;case 10:zhuansu=20;break;void time0()trisa4|=1;/ra4端口为计数器0的输入口t0if=0;/终端口清零void time1()pir1|=0x00;t1con|=0x21;/使能tmr1on，time1预分频为4分频tmr1l=(65536-50000)%256;

23、tmr1h=(65536-50000)/256;pie1=0x01;/打开tmr1ie，中断时能位void time2()/time2模块t2con|=0x06;pie1|=0x02;pir1|=0x02;void ccp()/ccp模块工作在pwm波形模式下pr2=0xff;ccpr1l=ccp1;/ccpr2l=ccp2;ccp1con=0x3c;/ccp2con=0x3c;pir2&=0xfe;pie2|=0x01;void adc()trisa|=0x01;ansel=0x01;adcon0=0x81;pir1=0x01;adif=0;pie1|=0x40;void lcd()lcdp

24、s=0x30;lcdse0=0xff;lcdse1=0xff;lcdse2=0xff;lcdse3=0xff;lcdse4=0xff;lcdse5=0xff;lcddata0=tablege;lcddata13=tableshi;lcddata2=tablebai;lcddata12=tableqian;lcddata1=0x00;pir2&=0xef;pie2|=0x10;lcdcon=0x90;void main()init();while(1)keyscan();time0();time1();time2();ccp();adc();lcd();void interrupt zhongduan()if(t0if=1)t0if=0;regt0+;if(tmr1