电动机控制硬件电路控制单元原理

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........................

12Ple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》

2.1PIC16F946单片机端口引脚.................................

2.2PIC单片机运用到的各个存放器的介绍

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..............................

2.2.4PWM波形输出模块与定时器1的复用（以CCP1为例）••一

2.2.5ADC转换模块......................................

2.2.6LCD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

3.1LM317电源电路设计以及设计依据....................

3.2LCD模块电路的设计..................................

3.3ADC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型号的单片机的根底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，FIC16F946

系列的单片机为4分频，其晶振数度同样的可以到达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（watchdog）,其其平安性能更加平安可靠可靠，在单片机程序跑偏或跑丢了的情况的

下，单片时机自动产生看门狗中断使其自动友位，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。

另外51单片机没有ADC转换模块，也没有EEPROM,12c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PTC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microchip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116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，可操作的存放器更多。由于我现在还没有更多的了解DSPTC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

LLPIC单片机的生产商Microchip公司简介

MicrochipTechnologyInc.（美国微芯科技公司）是全球领先的单片机和模拟半导体

供给商，为全球数以千计的多样化应用提供低风险的产品开发、更低的系统总本钱以及更

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、低本钱和封装体积小等特点,

是业界性价比最正确的产品。PIC单片机采用功能强大的RISC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。产晶的高级特征包括：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LINUSARTs)、在线串行编程(In-CircuitSerial

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(OTF)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《电动机信号的数据采集系统与智能控制》

2.1PIC16F946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,高频时能够到达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12c通讯，拥有AD转换

模块，还有定时器0,1,2,液晶驱动模块。

PLC16F946单片机内部结构图如下：

端口RA0、RA5双向输入输出口，其方向由TRISA<4:0>存放器来控制，假设端口A的方向设

置为低四位揄出，TRISA二OXDF那么为，也就是说，当端口值为1时，端口为输入状态，也

就是in,为。时为输出状态，也就是英文字母。ut；端口A还可以为模拟量输入口，其通

过ADC存放器进行配置。

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。

HCF<2:0>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

下列图(图)

图()

OSTS：振荡器超时状态位

当OSTS位为1时器件使用F0SC<2:0>定义的外部时钟

当OSTS位为0时使用内部时钟(INTOSC)

UTS：(8MHZT25KHZ)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=O时，系统选择外部时钟

PIC16F946通过_CONFIG(***&***);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一高增益晶振或陶瓷谐振:器模式

5.RC—外部阻容振荡器

6.RCIO一外部阻容振荡落

7.INTOSC一内部振荡器，F0SC/4

8.INTOSCIO一内部振荡器

2.3定时器0存放器

定时器0存放器具有以下特点：

.18位定时器/计数器

.2可读写

.38位可软件编程预分频存放器

.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TRISA4,

设置为输入模式实现计数功能）

.5累加计数方式，由FF到00溢出中断

.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相关的存放器阴影局部未使用）

TMRO:TIMRO模块存放器

INTCON:中断控制存放器

（PTI0N:选项存放器

TRISA:端口方向选择存放器（用于计数器模式时配比）

2.4定时器1相关的存放器

定时器1的工作方式与定时器o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，乂说不同的时定时器1具有16位保持存放器，溢出时是从FFFF到0000溢出。

2.5PWM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波形主要是由如下列图的存放器进行配比的o

CCP1L预存PWM波形占空比的高八位，CCP1CON<5:4>预存占空比的第二位。PW2为周期时间配比

存放器。但是时间长度不是有这个存放器来决定的。时间长度是由TMR2存放器来决定的，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时间存放器计数的值与CCPXL+CCPXCON<5:4>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内部时间存放器会自动清零，然后继续计数。

3.PWM波形存放器的CCPXL占空比会自动锁存到CCPXH中（这样的工作方式可以防止电平信号

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）

2.6ADCONO存放器：

其中ADCSO^ADCSl为分频方式选择位下面是对照表：

11二RC振荡器选择

CHS2~CHS0为模拟信号输入口选择位

GO/DONG

GD模拟转换开始DONG模拟转换结束

ADON

A3转换控制位，当ADON=1时可以AD转换，AD转换禁止

ADFM

ADFM=1转换数据右对齐ADRESH的高6位读作0例如：(0000OOxx)b；ADFM=0转换数据

左对齐，ADRESL的低6位读作0例如(xxOO0000)b；x=unknown；

ADCS2

A3CS2为时钟选择位如果ADCS2R时；分频为以上分频方式；ADCS2=1在原先的根底上再进

行2分频

即：

匚原分频比

Fosc=-------

FCFG3^FCFG0

端口RA,RE端口功能配置位，AN7~AN0为默认模拟量输入口，其功能是有FCF3~FCF0存放

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，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；

A3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，

ADCON1-ADCON存放器时钟选择位。

与ADC转换模块相关的存放器

2.7LCD功能模块存放器介绍

LCD存放器支持一下功能

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(COM3-0)

4.42段液晶可以支持最大168段液晶驱动〔4路公共端液晶)

第三章：电路设计要求及设计原理

要求：

•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

•在电路中要有温度检测模块，H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

•实现电动机的实时控制及转速检测，以及实现液晶显示。

•为未来单片机之间的通讯，或长时间通讯留出串行端I」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到达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

防止因温度过高，而引起的电源烧坏，或电路断电。电阻阻值的大小选型应遵守以下公式

V<lM317Vo

zR2、

Vo=1.25V(1+—)+IADJR2

777

在电路设计中由于ladj电流是很小的，在设计中可以考虑不计说以输出电压的上下取决于电阻的比值。

3.2LCD液晶驱动设计考虑

LCDI」。）液晶模块是只有一个公共口的液晶模块。因此在电

140CDMCJH01ICOM

LUAlWIVl

Y239X路设计而我们要占用39个I/O口。为了方便液晶驱动，我们每位上

V1Av

K3肾z

KL

SEG7437SEG6

DPI1G面的液晶共用一个LCDDATA存放器，这样我们就尽可能的实现「编

SEG4536SEG5

IiEp>lICr

SEG3635SEGO写程序时的简单易懂，使程序更加直观。

IirM>1|AA

SEG2734SEG1

ICIBA

SEG39X33COLI

「八1i3.3

SEG36932SEG38电

SEG351031SEG3n

DC的

SEG341130SEG32路

SEG231229SEG33

计

设

SLSG2013IP)28CX)L2

1427前

SEGI9SEG22考

SEG181526SEG2!

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SEG311625SEG16第

DP43A

SEG281724SKGP

SEG271823SEG30

SEG261922SEG29在电子

SEG252021SEG24

电路设计

JH0I1-LCD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50（）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亳安。小于单片机所能承

受的最大20亳安的电流值。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<pic.h>

CONFIG(INTCLK&WDTEN);〃使用内部时钟翻开看门狗定时器

#defineuintunsignedint

#dcfineucharunsignedchar

ucharconsttable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,

0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};〃共阴极数码管0〜9编码

ucharzhuansu,regtO;〃zhuansu(电动机的转速)regtO(定时器。发生中断次数)

ucharccpl,ccp2;

uintadreg;

ucharge,shi,bai,qian;//定义液晶的位

ucharcount,adif;〃定义adc中断的变量值

uintdig;//adc数据采集

voiddelay(uchari)〃大约0.5ms

(

uchara,b;

for(a=i;a>0;a-)

for(b=110;b>0;b-);

)

voidinit()

0SCC0N=0X75;〃系统使用内部时钟8MHZ,时钟频率为2000000hz,周期为0.5ms

INTCON=OXEO;〃开启全局中断，开启外部中断使能位，翻开定时器0中断使能位

OPTION=OXOF:〃128预分频，分给看门狗

)

voidkeyscan()

(

ucharkey;〃拨码开关检测

TRISB|=0X03;

key=PORTB;

delay(5);〃防止尖峰脉冲

key=P0RTB;

swilch(key)〃只运用了低四位，高四位保存，预设十个数值10~20转

(

case0:zhuansu=10;break;

case1:zhuansu=11;break;

case2:zhuansu=l2;break;

case3:zhuansu=l3;break;

case4:zhuansu=14;break;

case5:zhuansu=15;break;

case6:zhuansu=16;brcak;

case7:zhuansu=l7;break;

case8:zhuansu=18;break;

case9:zhuansu=19;break;

case10:zhuansu=20;break;

)

)

voidtimeO0

(

TRISA4|=l;//ra4端口为计数器0的输入口

TOIF=O;〃终端口清零

)

voidtimel0

(

PIR11=0X00;

T1CON|=OX21;〃使能TMR10N,TIME1预分频为4分频

TMR11=(65536-50000)的256;

TMR1H=(65536-50000)/256;

PIE1=OXO1;〃翻开TMR1IE,中断时能位

)

voidtime2()〃TOE2模块

(

T2C0N|=0X06;

PIE1|=0X02;

PIR11=0X02;

)

voidccpO//ccp模块工作在pwm波形模式下

PR2=0XFF;

CCPRlL=ccpl;

//CCPR2L=ccp2;

CCP1CON=OX3C;

//CCP2C0N=0X3C;

PIR2&=0XFE;

PIE2|=0X01;

)

voidadc()

(

TRISA|=0X01;

ANSEL=0X01;

ADC0N0=0X81;

PIR1=OXO1;

ADIF=O;

PIE1|=0X40;

)

voidlcd()

(

LCDPS=0X30;

LCDSEO=OXFF;

LCDSE1=OXFF;

LCDSE2=0XFF;

LCDSE3=0XFF;

LCDSE4=0XFF;

LCDSE5=0XFF;

LCDDATAO=table[ge];

LCDDATA13=table[shi];

LCDDATA2=table[bai];

LCDDATA12=table[qian];

LCDDATA1=0X00;

PIR2&=0XEF;

PIE21=0X10;

LCDC0N=0X90;

1

voidniain()

(

init();

while(l)

(

keyscan();

timeO();

timel();

time2();

ccp();

adc();

lcd();

)

}

voidinterruptzhongduanO

(

if(T01F==l)

(

TOIF=O;

regtO++;

)

if(TMRHE==l)

uchara;

TMR1IE=O;

count++;

if(count==5)

(

count=0;

a=(regt0*256+TME0)/5;

qian=a/1000;

bai=a%1000/100;

shi=a%l00/10;

ge=a%10;

if(a>zhuansu)

(

ccpl-;〃减小占空比

)

if(a<zhuansu)

(

CCP1++；〃增加占空比

)

)

if(ADIF==l)

(

uchara;

uintdigtel[10];

ADIF=0;

adreg=(ADRESH«8)+ADRESL;

if(adif<10)〃数据采集10次

(

digtel[adif]:adreg;

adif++;