智能寻迹避障小车电机调速控制程序设计分析

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1、智能寻迹小车设计与制作 （电机调速控制程序设计）,湖南创博龙智信息科技有限公司,主讲：雷道仲,任务一：直流电机减速控制； 要求：学员编写程序，实现如下功能：智能寻迹小车接通电源，电机全速旋转，小车最大速度前进，前进3秒后，小车开始减速，电机转速变慢，时间维持3秒钟，之后回到全速旋转状态，如此周而复始。,湖南创博龙智信息科技有限公司,任务及要求,电机调速控制模块共设置了两个任务，分别如下：,任务二：用两个独立按键控制直流电机调速 学员编写程序代码实现如下功能：当按下S1时，直流电机减速运行，当按下S2时，直流电机全速运行。,湖南创博龙智信息科技有限公司,任务及要求,电机调速控制模块共设置了两个任

2、务，分别如下：,湖南创博龙智信息科技有限公司,1.1 任务一：直流电机减速控制,1.1.1 电机控制电路,图1 电机控制电路,湖南创博龙智信息科技有限公司,图2 直流电机控制示意图电路,1.1.2 直流减速控制原理,湖南创博龙智信息科技有限公司,直流电机调速控制方法有很多，如：PWM脉宽调制、本设计中，根据电机特点采用控制使能端电平达到调速的目的。具体过程如下：如图2所示是本设计中的电机控制示意图，图中，当单片机P0.0、P0.1输出控制电平0和1，且在使能控制端P1.0=1的控制下，电机会全速前进。如果在电机全速旋转的过程中将使能端的电平变为0，即P1.0=0，则电机就会因为失去控制信号，而

3、慢慢逼近停转。电机在失去控制信号时，本应停转，但由于高速旋转的,1.1.2 直流减速控制原理,湖南创博龙智信息科技有限公司,电机由于惯性作用会继续旋转，但转速会变慢，只要在电机没有完全停止下来前，再将使能端控制信号恢复为1，即：P1.0=1,则电机又会启动高速旋转，当高速旋转一段时间后，又重复之前的动作，使使能端电平再变为0，如此反复，则电机的转速便会从最高速慢慢降低，达到减速目的。当然，使能端使出控制信号的时间要设置的适当，否则达不到减速目的，一般这个时间为毫秒级。实现方法可由单片机软件延时和定时器延时两种方法实现。,1.1.3 单片机的定时器原理,在工业检测、控制中，很多场合都要用到计数或

4、者定时功能。例如对外部脉冲进行计数、产生精确的定时时间、作串行口的波特率发声器等，AT8951单片机内部有两个可编程的定时器/计数器，以满足这方面的需要。它们具有两种工作模式（计数器模式、定时器模式）和四种工作方式（方式0、方式1、方式2、方式3），其控制字均在相应的特殊功能寄存器（SFR）中，通过对它的SFR的编程，可以方便的选择工作模数和工作方式。,1.1.3 单片机的定时器原理,定时器/计数器（Timer/Counter）本质上都是加法计数器，当对固定周期的脉冲信号计数时是定时器，对脉冲长度不确定的信号计数时是计数器。每接收到一个计数脉冲，加法计数器的值就加一，当计满时发生溢出，并从0开

5、始继续计数。 当设置为定时工作模式时，定时器对8951片内振荡器输出的经12分频后的脉冲计数，即每个机器周期使定时器（T/C0或T/C1）的数值加1直至计满溢出。当采用12MHz晶振时，一个机器周期为1s。,1.1.3 单片机的定时器原理,当设置为计数工作模式时，通过引脚T0（P3.4）和T1(P3.5)对外部脉冲信号计数，当输入脉冲信号产生由1到0的下降沿时，定时器的值加1. 不管时定时还是计数工作模式，定时器T0或T1在对内部时钟或外部事件计数时，都不占用CUP时间，除非定时器/计数器溢出，才可能中断CPU的当前操作，计数器的计满溢出信号就是定时/计数器的输出，该信号使TCON的某位（TF

6、0或TF1位）置1，作为定时器/计数器的溢出中断标志，定时器/计数器的内部结构框图如图3所示。,1.1.3 单片机的定时器原理,图3 定时器/计数器结构框图,1.1.3 单片机的定时器原理,1、定时/计数器有关的特殊功能寄存器 （1）计数寄存器TH和TL 定时器/计数器T/C0和T/C1都是16位寄存器，由TH高8位和TL低8位构成,在特殊功能寄存器（sfr）中,对应T/C0为TH0和TL0,对应T/C1为TH1和TL1,定时器/计数器T/C0和T/C1的初值分别通过TH0/TL0和TH1/TL1来设置,加法计数器是计满溢出时才申请中断,所以在给定时器/计数器赋初值时,不能直接输入所需的计数值

7、, 而应输入的是计数器计数的最大值与这一计数值的差值, 设最大值为 M, 计数值为N, 初值为X, 则X的计算方法如下: ,1.1.3 单片机的定时器原理,计数状态: X=MN 定时状态: X=M定时时间/T（T=12晶振频率） 对定时器的控制其实质就是对内部相关寄存 器的编程控制，下面就介绍与定时器定时有关的两 个寄存器，图4为定时器/计数器控制寄存器TCON， 对该寄存器各位的定义分别如下：,图4 定时器/计数器控制寄存器TCON,TF0、TF1：分别是定时器/计数器T0、 T1 的溢出标志位, 加法计数器计满溢出时置1,申请,1.1.3 单片机的定时器原理,中断, 在中断响应后自动复 0

8、。TF产生的中断申请 是否被接受, 还需要由中断是否开放来决定。 TR1、TR0：分别是定时器 /计数器T1、T0的运行 控制位, 通过软件置1后,定时器/计数器才开始工作, （如本设计案例中用到定时器T0，启动时：TR0=1； 停止时：TR0=0），在系统复位时被清0。 如图5所示为T0、T1工作方式及功能选择控制 寄存器TMOD。该寄存器各位定义如下：,图5 定时器/计数器方式控制寄存器TMOD,1.1.3 单片机的定时器原理,GATE位：门控位，GATE1时，T0、T1是否计数要受到外部引脚输入电平的控制，INT0引脚控制T0，INT1引脚控制T1。可用于测量在INT0和INT1引脚出现

9、的正脉冲的宽度。若GATE0，即不使能门控功能，定时计数器的运行不受外部输入引脚INT0、INT1的控制 C/T位：计数器模式和定时器模式的选择位，C/T0，为定时器模式，内部计数器对晶振脉冲12分频后的脉冲计数，该脉冲周期等于机器周期，所以可以理解为对机器周期进行计数。从计数值可以求得计数的时间，所以称为定时器模式。,1.1.3 单片机的定时器原理,C/T 1，为计数器模式，计数器对外部输入引脚 T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脉冲（负跳变）计 数，允许的最高计数频率为晶振频率的1/24。 M1 M0：四种工作方式的选择位,表3-3 定时/计数器工作方式,1.1.3 单片机的定时器原

10、理,2、工作方式 （1）方式0 如图6为定时器/计数器方式0的内部结构图。方式0下，T0和T1工作在13位的定时/计数器方式，由TH的高 8 位和TL的低 5 位组成。当T0的13位计数器加到全部为 1 以后，再加1就产生溢出，这时置TCON的TF0为 1 ，同时把计数器全部变 0 ，然后从 0 开始继续计数。 方式0的计数长度M为2的13次方，初值也是13位二进制数，但要注意是高8位赋值给TH0，低5位前面补足 3 个 0 凑成 8 位赋给TL0。,1.1.3 单片机的定时器原理,例如，如要求计数值为1000，则初值为： 根据：X=MN XM1000 81921000 1C18H 11100

11、000 1 1000B 即赋初值时，TH00xE0，TL00x18。,1.1.3 单片机的定时器原理,图6 方式 0（13位计数器）,1.1.3 单片机的定时器原理,（2）方式1 如图7为定时器/计数器方式0的内部结构图。方式1和方式0的工作原理基本相同，唯一不同是T0和T1工作在方式1时是16位的计数/定时器。方式1时的计数长度M是2的16次方。16位的初值直接拆成高低字节，分别送入TH和TL即可。因为计数长度大，初值计算方便，方式1就定时/计数器最常用的方式，（如在本设计案例中，用的就是方式1：TMOD |= 0x01；）,1.1.3 单片机的定时器原理,图7 方式1（16位计数器）,1.

12、1.3 单片机的定时器原理,（3）方式2 如图8为定时器/计数器方式0的内部结构图方式0和方式1的最大特点就是计数溢出后，计数器为全0，因而循环定时或循环计数应用时就存在反复设置初值的问题，这给程序设计带来许多不便，同时也会影响计时精度。工作方式2就针对这个问题而设置，它具有自动重装载功能，即自动加载计数初值，所以也称为自动重加载工作方式。 在这种工作方式中，16位计数器分为两部分，即以TL0为计数器，以TH0作为预置寄存器，初始化时把计数初值分别加载至TL0和TH0中，当计数溢出时，不再象方式0和方式1那样需要“人工干预”，由软件重新赋值，而是由预置寄存器TH以硬件方法自动给计数器TL0重新

13、加载。,1.1.3 单片机的定时器原理,图8 方式2（自动重加载初值方式）,1.1.3 单片机的定时器原理,（4）方式3 如图9为定时器/计数器方式0的内部结构图。在方式3模式下，定时/计数器0被拆成两个独立的8位计数器TL0和TH0。其中TL0既可以作计数器使用，也可以作为定时器使用，定时/计数器0的各控制位和引脚信号全归它使用。其功能和操作与方式0或方式1完全相同。TH0就没有那么多“资源”可利用了，只能作为简单的定时器使用，而且由于定时/计数器0的控制位已被TL0占用，因此只能借用定时/计数器1的控制位TR1和TF1，也就是以计数溢出去置位TF1，TR1则负责控制TH0定时的启动和停止。

14、,1.1.3 单片机的定时器原理,由于TL0既能作定时器也能作计数器使用，而TH0只能作定时器使用而不能作计数器使用，因此在方式3模式下，定时/计数器0可以构成二个定时器或者一个定时器和一个计数器。 如果定时/计数器0工作于工作方式3，那么定时/计数器1的工作方式就不可避免受到一定的限制，因为自己的一些控制位已被定时/计数器借用，只能工作在方式0、方式1或方式2下，如果设置T1工作在方式3，则T1停止工作，相当于其他方式时令TR10。,1.1.3 单片机的定时器原理,图9 方式3（两个8位独立计数器）,1.1.3 单片机的定时器原理,3、定时/计数器的应用 （1）初始化步骤 在应用定时/计数器

15、之前，要对它计数初始化编程，主要是对寄存器TCON和TMOD的编程以及计算和装载T/C（定时/计数器）的计数初值，一般有一下几个步骤： 确定定时/计数器的工作方式编程TMOD寄存器； 计算定时/计数器的计数初值，并装载到TH和T； 定时/计数器在中断方式工作时，还必须开CPU总中断EA和相应中断源编程IE寄存器； 启动定时/计数器编程TCON中的TR1或TR0；,1.1.3 单片机的定时器原理,（2）应用举例 实例1：已知单片机的晶振频率为fosc=12MHz，应用定时/计数器，在单片机引脚P1_3产生周期为2ms的方波信号。 解 周期为2ms的方波,即高低电平各为1ms，用定时/计数器定时1

16、ms,每次时间一到让P1_3取反一次，就可以在该引脚上获得所要波形。 因为fosc=12MHz,机器周期=12/12MHz=1s，而定时/计数器在定时模式时就是对fosc的12分频即机器周期进行计数，因此要定时1ms需要计数次数为1000次。 所以初值X=MN=65536-1000;,1.1.3 单片机的定时器原理,下面分别采用中断方式和查询两种方式编程： a、用定时/计数器0的方式1编程，采用查询方式。 #include void main(void) TMOD=0x01; /设置定时器0，采用方式1 TR0=1; /启动定时器T/C0 while(1) TH0=(65536-1000)/256; /装载计数初值 TL0=(65536-1000)%256; dowhile(!TF0); /查询等待TF0溢出标志 P1_3=!P1_3; /P1_3取反 TF0=0; /软件清零TF0 ,1.1.3 单片机的定时器原理,下面