直流电机优化控制系统设计(二)

3 系统硬件方案设计与实现

3.1 控制芯片

选择单片机作为本控制系统的核心，根据本系统所要完成的功能，要求我们所用的控制芯片需具备以下功能或接口，PWM 输出功能、A/D 转换功能、串行通讯接口。此外，为了完成某些控制算法，需要有较高的速度，还要求具有较低的功耗和较高的性价比，能够进行硬件调试，软件开发简单。AVR 单片机是Atmel 公司推出的较为新颖的8 位单片机，采用了RISC 结构，其显著的特点为高性能、高速度低功耗。它取消机器周期，以时钟周期为指令周期，实行流水作业。内部集成32 个通用寄存器，每一个都相当于51 里面的一个累加器A，避免了累加器瓶颈，进一步提高了运行速度和代码效率。AVR 单片机指令以字为单位，且大部分指令都为单周期指令。而单周期既可执行本指令功能，同时完成下一条指令的读取。通常时钟频率用1～16MHz，最短指令执行时间为63ns。AVR 单片机指令代码较为简练，其编译器都C 语言进行了优化，具备ISP和IAP(In Application Program，在应用编程)。与传统的51 系列相比，AVR 单片机在速度、功耗、性价比上具有极大的优势，因此，我们选择AVR 单片机作为本系统的控制芯片。

3.1.1 ATmega16 的特点

ATMEL 公司的AVR 单片机现有50 多个品种，分为低、中、高三个不同档次。我们选择了AVR 单片机中性价比较高的一款-ATmega16 作为系统控制芯片。ATmega16 属于高档AVR 单片机，是一款性能完善、使用更加方便和功能更加强大的新型AVR 单片机。其性能及内部资源如下：

(1)高性能和低功耗的先进RISC 型8 位微控制器。

(2)32 个8 位通用工作寄存器，只需2 个时钟周期的硬件乘法器，工作于

16MHz 时性能高达16MIPS。

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

(4)32 个准双向I/O 引脚，20 个中断源，其中外部中断源为2 个，1 个SPI

接口和1 个USART，2 个8 位定时器和一个16 位定时器，3 个PWM 通道，8

路10 位的A/D 通道。

(4) 具有空闲、省电、掉电、等待和ADC 降噪等多种功作模式和上电复位、

外部复位、看门狗复位和BOD(电源电压欠压和过压检测)等多种复位电路。。

(5) 符合IEEE1149.1 标准的JTAG 接口，可实现对片内存储器的编程和程

序调试。具备ISP 和IAP 功能。

(6)系统时钟为0-16MHz，可外接晶体振荡器，也可用片内振荡器，ATmega16

提供0-8MHz 可校准的内部时钟，在对时钟要求不很严格的场合可用内部时钟，