智能小车的直流电机控制

智能小车的直流电机控制
【实验目的】
了解以单片机为核心的直流电机控制系统
掌握此系统中直流电机驱动与调速原理
熟悉ICCAVR 软件编译环境，会编写控制程序
【实验器材】
智能小车一部，下载线一根
【实验原理】
直流电机驱动控制系统示意图：

在本实验中所分析的是以单片机ATMEGA8515L 为核心的直流电机控制系统。
ATMEGA8515L 芯片的引脚图如下：

功放驱动电路采用基于双极性H-桥型脉宽调整方式PWM 的集成电路L293D。L293D是单
块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，设计用来接受DTL 或者TTL 逻辑电平，驱动感
性负载(比如 继电器，直流和步近马达)，和开关电源晶体管。其引脚图如下：

ATMEGA8515L 利用I/O 口（PD5，PE2，PD4，PD6）向驱动电路输出控制电平，这些I/O
口作为单片机控制指令的输出，连接到驱动电路中L293D 的相应管脚上。
其真值表如下：

对于电机的转速调整，我们是采用脉宽调制（PWM）办法，控制电机的时候，电源并非
连续地向电机供电，而是在一个特定的频率下以方波脉冲的形式提供电能。不同占空比的方
波信号能对电机起到调速作用，这是因为电机实际上是一个大电感，它有阻碍输入电流和电
压突变的能力，因此脉冲输入信号被平均分配到作用时间上，这样，改变在始能端PE2 和
PD5 上输入方波的占空比就能改变加在电机两端的电压大小，从而改变了转速。
此实验中用微处理机来实现脉宽调制，通常的方法有两种：
（1）用软件方式来实现，即通过执行软件延时循环程序交替改变端口某个二进制位输出逻
辑状态来产生脉宽调制信号，设置不同的延时时间得到不同的占空比。
（2）硬件电路自动产生PWM 信号，不占用CPU 处理的时间。
这就要用到ATMEGA8515L 的在PWM 模式下的计数器1，具体内容可参考相关书籍。

【实验步骤】
（1） 连接好电路，把数据线，下载线连接好，打开电源
（2） 进入ICCAVR 编译环境，调试程序直至没有错误，编译环境简介请参见附录一
（3） 下载，烧录进单片机，观察实验结果
（4） 反复修改调试程序，逐渐增强其功能
（5） 写好实验报告，实验心得体会
【程序示例】
1、小车前进一段——>左转一圈——>右转一圈——>前进一段——>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、调速程序
以下是用两定时器来控制加在两方向控制口的方波占空比，以此来对电机进行调速，而
同学们可以利用对两始能端高低电平进行不同延时来实现调速功能。
//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;}
}