智能小車的直流電機(jī)控制
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?br>了解以單片機(jī)為核心的直流電機(jī)控制系統(tǒng)
掌握此系統(tǒng)中直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速原理
熟悉ICCAVR 軟件編譯環(huán)境，會(huì)編寫控制程序
【實(shí)驗(yàn)器材】
智能小車一部，下載線一根
【實(shí)驗(yàn)原理】
直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖：

在本實(shí)驗(yàn)中所分析的是以單片機(jī)ATMEGA8515L 為核心的直流電機(jī)控制系統(tǒng)。
ATMEGA8515L 芯片的引腳圖如下：

功放驅(qū)動(dòng)電路采用基于雙極性H-橋型脈寬調(diào)整方式PWM 的集成電路L293D。L293D是單
塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)用來(lái)接受DTL 或者TTL 邏輯電平，驅(qū)動(dòng)感
性負(fù)載(比如 繼電器，直流和步近馬達(dá))，和開關(guān)電源晶體管。其引腳圖如下：

ATMEGA8515L 利用I/O 口（PD5，PE2，PD4，PD6）向驅(qū)動(dòng)電路輸出控制電平，這些I/O
口作為單片機(jī)控制指令的輸出，連接到驅(qū)動(dòng)電路中L293D 的相應(yīng)管腳上。
其真值表如下：

對(duì)于電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整，我們是采用脈寬調(diào)制（PWM）辦法，控制電機(jī)的時(shí)候，電源并非
連續(xù)地向電機(jī)供電，而是在一個(gè)特定的頻率下以方波脈沖的形式提供電能。不同占空比的方
波信號(hào)能對(duì)電機(jī)起到調(diào)速作用，這是因?yàn)殡姍C(jī)實(shí)際上是一個(gè)大電感，它有阻礙輸入電流和電
壓突變的能力，因此脈沖輸入信號(hào)被平均分配到作用時(shí)間上，這樣，改變?cè)谑寄芏薖E2 和
PD5 上輸入方波的占空比就能改變加在電機(jī)兩端的電壓大小，從而改變了轉(zhuǎn)速。
此實(shí)驗(yàn)中用微處理機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制，通常的方法有兩種：
（1）用軟件方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，即通過(guò)執(zhí)行軟件延時(shí)循環(huán)程序交替改變端口某個(gè)二進(jìn)制位輸出邏
輯狀態(tài)來(lái)產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)，設(shè)置不同的延時(shí)時(shí)間得到不同的占空比。
（2）硬件電路自動(dòng)產(chǎn)生PWM 信號(hào)，不占用CPU 處理的時(shí)間。
這就要用到ATMEGA8515L 的在PWM 模式下的計(jì)數(shù)器1，具體內(nèi)容可參考相關(guān)書籍。

【實(shí)驗(yàn)步驟】
（1） 連接好電路，把數(shù)據(jù)線，下載線連接好，打開電源
（2） 進(jìn)入ICCAVR 編譯環(huán)境，調(diào)試程序直至沒有錯(cuò)誤，編譯環(huán)境簡(jiǎn)介請(qǐng)參見附錄一
（3） 下載，燒錄進(jìn)單片機(jī)，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果
（4） 反復(fù)修改調(diào)試程序，逐漸增強(qiáng)其功能
（5） 寫好實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)
【程序示例】
1、小車前進(jìn)一段——>左轉(zhuǎn)一圈——>右轉(zhuǎn)一圈——>前進(jìn)一段——>后退一段——>停下
//ICC-AVR application builder : 2005-5-19 19:12:13
// Target : M8515
// Crystal: 4.0000Mhz
#include
#include
unsigned int time;
unsigned int yan;
void port_init(void)
{
PORTA = 0x00;
DDRA = 0xFF;
PORTB = 0x00;
DDRB = 0x00;
PORTC = 0x00;
DDRC = 0x00;
PORTD = 0x00;
DDRD = 0xFF;
PORTE = 0x00;
DDRE = 0xFF;
}
//call this routine to initialize all peripherals
void init_devices(void)
{
//stop errant interrupts until set up
CLI(); //disable all interrupts
port_init();
MCUCR = 0x00;
EMCUCR =0x00;
GICR = 0x00;
TIMSK = 0x00;
SEI(); //re-enable interrupts
//all peripherals are now initialized
}
void delay(unsigned int yan)
{
while(yan>0)
yan--;
}
void runforth(void)
{
while(time<1000)
{
PORTE=0x04;
PORTD=0x70;
delay(2000);
time++;
}
time=0;
}
void zuozhuanwan(void)
{while(time<1000)
{
PORTE=0x00;
PORTD=0X70;
delay(2000);
time++;
}
time=0;
}
void youzhuanwan(void)
{while(time<1000)
{
PORTE=0x04;
PORTD=0x50;
delay(2000);
time++;
}
time=0;
}
void houtui(void)
{while(time<1000)
{
PORTE=0x04;
PORTD=0x20;
delay(2000);
time++;
}
time=0;
}
void stop(void)
{
PORTE=0x00;
PORTD=0x00;
}
void main(void)
{ init_devices();
time=0;
runforth();
zuozhuanwan();
youzhuanwan();
runforth();
houtui();
stop();
}
2、調(diào)速程序
以下是用兩定時(shí)器來(lái)控制加在兩方向控制口的方波占空比，以此來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，而
同學(xué)們可以利用對(duì)兩始能端高低電平進(jìn)行不同延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。
//ICC-AVR application builder : 2005-5-18 16:45:27
// Target : M8515
// Crystal: 4.0000Mhz
#include
#include
unsigned char a;
unsigned char p;
unsigned char m;
unsigned char n;
void port_init(void)
{
PORTA = 0x00;
DDRA = 0x00;
PORTB = 0x00;
DDRB = 0x00;
PORTC = 0x00;
DDRC = 0x00;
PORTD = 0x00;
DDRD = 0x70;
PORTE = 0x00;
DDRE = 0x04;
}
//TIMER0 initialize - prescale:64
// WGM: Normal
// desired value: 40Hz
// actual value: Out of range
void timer0_init(void)
{
TCCR0 = 0x00; //stop timer
TCNT0 = 0xfa /*INVALID SETTING*/; //set count value
TCCR0 = 0x03; //start timer
}
#pragma interrupt_handler timer0_ovf_isr:8
void timer0_ovf_isr(void)
{
TCNT0 = 0xfa /*INVALID SETTING*/; //reload counter value
if(m==a)
{PORTD=0x70;
TCCR1B=0x03;
TCCR0=0x00;
n=1;}
else{m++;}
}
//TIMER1 initialize - prescale:64
// WGM: 0) Normal, TOP=0xFFFF
// desired value: 40Hz
// actual value: 40.013Hz (0.0%)
void timer1_init(void)
{
TCCR1B = 0x00; //stop
TCNT1H = 0xff; //setup
TCNT1L = 0xfa;
OCR1AH = 0x06;
OCR1AL = 0x1A;
OCR1BH = 0x06;
OCR1BL = 0x1A;
TCCR1A = 0x00;
TCCR1B = 0x00;
}
#pragma interrupt_handler timer1_ovf_isr:7
void timer1_ovf_isr(void)
{
TCNT1H = 0xff; //reload counter high value
TCNT1L = 0xfa; //reload counter low value
if(n==250-a)
{PORTD=0x20;
TCCR0=0x03;
TCCR1B=0x00;
m=1;
if(p==0){if(a==125){p=1;}
else{a++;}}
else{{if(a==1){p=0;}
else{a--;}}}}
else{n++;}
}
//call this routine to initialize all peripherals
void init_devices(void)
{
//stop errant interrupts until set up
CLI(); //disable all interrupts
port_init();
timer0_init();
timer1_init();
MCUCR = 0x00;
EMCUCR = 0x00;
GICR = 0x00;
TIMSK = 0x82;
SEI(); //re-enable interrupts
//all peripherals are now initialized
}
void main(void)
{a=0;
p=0;
m=1;
n=1;
init_devices();
while(1)
{PORTE=0x04;}
}