1、智能尋跡小車設(shè)計與制作（電機調(diào)速控制程序設(shè)計）湖南創(chuàng)博龍智信息科技有限公司主講：雷道仲 任務(wù)一：任務(wù)一：直流電機減速控制； 要求：要求：學(xué)員編寫程序，實現(xiàn)如下功能：智能尋跡小車接通電源，電機全速旋轉(zhuǎn)，小車最大速度前進，前進3秒后，小車開始減速，電機轉(zhuǎn)速變慢，時間維持3秒鐘，之后回到全速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，如此周而復(fù)始。湖南創(chuàng)博龍智信息科技有限公司任務(wù)及要求電機調(diào)速控制模塊共設(shè)置了兩個任務(wù)，分別如下： 任務(wù)二：任務(wù)二：用兩個獨立按鍵控制直流電機調(diào)速 學(xué)員編寫程序代碼實現(xiàn)如下功能：當(dāng)按下S1時，直流電機減速運行，當(dāng)按下S2時，直流電機全速運行。湖南創(chuàng)博龍智信息科技有限公司任務(wù)及要求電機調(diào)速控制模塊共設(shè)置了兩

2、個任務(wù)，分別如下：湖南創(chuàng)博龍智信息科技有限公司1.11.1 任務(wù)一：任務(wù)一：直流電機減速控制直流電機減速控制1.1.11.1.1 電機控制電路電機控制電路圖1 電機控制電路湖南創(chuàng)博龍智信息科技有限公司圖2 直流電機控制示意圖電路1.1.2 直流減速控制原理原理湖南創(chuàng)博龍智信息科技有限公司 直流電機調(diào)速控制方法有很多，如：PWM脈寬調(diào)制、本設(shè)計中，根據(jù)電機特點采用控制使能端電平達到調(diào)速的目的。具體過程如下：如圖2所示是本設(shè)計中的電機控制示意圖，圖中，當(dāng)單片機P0.0、P0.1輸出控制電平0和1，且在使能控制端P1.0=1的控制下，電機會全速前進。如果在電機全速旋轉(zhuǎn)的過程中將使能端的電平變?yōu)?，即

3、P1.0=0，則電機就會因為失去控制信號，而慢慢逼近停轉(zhuǎn)。電機在失去控制信號時，本應(yīng)停轉(zhuǎn)，但由于高速旋轉(zhuǎn)的1.1.2 直流減速控制原理原理湖南創(chuàng)博龍智信息科技有限公司 電機由于慣性作用會繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，但轉(zhuǎn)速會變慢，只要在電機沒有完全停止下來前，再將使能端控制信號恢復(fù)為1，即：P1.0=1,則電機又會啟動高速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)一段時間后，又重復(fù)之前的動作，使使能端電平再變?yōu)?，如此反復(fù)，則電機的轉(zhuǎn)速便會從最高速慢慢降低，達到減速目的。當(dāng)然，使能端使出控制信號的時間要設(shè)置的適當(dāng)，否則達不到減速目的，一般這個時間為毫秒級。實現(xiàn)方法可由單片機軟件延時和定時器延時兩種方法實現(xiàn)。1.1.3 單片機的定時器原理

4、在工業(yè)檢測、控制中，很多場合都要用到計數(shù)或者定時功能。例如對外部脈沖進行計數(shù)、產(chǎn)生精確的定時時間、作串行口的波特率發(fā)聲器等，AT8951單片機內(nèi)部有兩個可編程的定時器/計數(shù)器，以滿足這方面的需要。它們具有兩種工作模式（計數(shù)器模式、定時器模式）和四種工作方式（方式0、方式1、方式2、方式3），其控制字均在相應(yīng)的特殊功能寄存器（SFR）中，通過對它的SFR的編程，可以方便的選擇工作模數(shù)和工作方式。1.1.3 單片機的定時器原理 定時器/計數(shù)器（Timer/Counter）本質(zhì)上都是加法計數(shù)器，當(dāng)對固定周期的脈沖信號計數(shù)時是定時器，對脈沖長度不確定的信號計數(shù)時是計數(shù)器。每接收到一個計數(shù)脈沖，加法計數(shù)

5、器的值就加一，當(dāng)計滿時發(fā)生溢出，并從0開始繼續(xù)計數(shù)。 當(dāng)設(shè)置為定時工作模式時，定時器對8951片內(nèi)振蕩器輸出的經(jīng)12分頻后的脈沖計數(shù)，即每個機器周期使定時器（T/C0或T/C1）的數(shù)值加1直至計滿溢出。當(dāng)采用12MHz晶振時，一個機器周期為1s。1.1.3 單片機的定時器原理 當(dāng)設(shè)置為計數(shù)工作模式時，通過引腳T0（P3.4）和T1(P3.5)對外部脈沖信號計數(shù)，當(dāng)輸入脈沖信號產(chǎn)生由1到0的下降沿時，定時器的值加1. 不管時定時還是計數(shù)工作模式，定時器T0或T1在對內(nèi)部時鐘或外部事件計數(shù)時，都不占用CUP時間，除非定時器/計數(shù)器溢出，才可能中斷CPU的當(dāng)前操作，計數(shù)器的計滿溢出信號就是定時/計數(shù)

6、器的輸出，該信號使TCON的某位（TF0或TF1位）置1，作為定時器/計數(shù)器的溢出中斷標(biāo)志，定時器/計數(shù)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。1.1.3 單片機的定時器原理圖3 定時器/計數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖1.1.3 單片機的定時器原理 1、定時/計數(shù)器有關(guān)的特殊功能寄存器 （1）計數(shù)寄存器TH和TL 定時器/計數(shù)器T/C0和T/C1都是16位寄存器，由TH高8位和TL低8位構(gòu)成,在特殊功能寄存器（sfr）中,對應(yīng)T/C0為TH0和TL0,對應(yīng)T/C1為TH1和TL1,定時器/計數(shù)器T/C0和T/C1的初值分別通過TH0/TL0和TH1/TL1來設(shè)置,加法計數(shù)器是計滿溢出時才申請中斷,所以在給定時器/計數(shù)器賦

7、初值時,不能直接輸入所需的計數(shù)值, 而應(yīng)輸入的是計數(shù)器計數(shù)的最大值與這一計數(shù)值的差值, 設(shè)最大值為 M, 計數(shù)值為N, 初值為X, 則X的計算方法如下: 1.1.3 單片機的定時器原理 計數(shù)狀態(tài): X=MN 定時狀態(tài): X=M定時時間/T（T=12晶振頻率） 對定時器的控制其實質(zhì)就是對內(nèi)部相關(guān)寄存器的編程控制，下面就介紹與定時器定時有關(guān)的兩個寄存器，圖4為定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON，對該寄存器各位的定義分別如下：圖4 定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON TF0、TF1：分別是定時器/計數(shù)器T0、 T1 的溢出標(biāo)志位, 加法計數(shù)器計滿溢出時置1,申請1.1.3 單片機的定時器原理中斷, 在中

8、斷響應(yīng)后自動復(fù) 0。TF產(chǎn)生的中斷申請是否被接受, 還需要由中斷是否開放來決定。 TR1、TR0：分別是定時器 /計數(shù)器T1、T0的運行控制位, 通過軟件置1后,定時器/計數(shù)器才開始工作,（如本設(shè)計案例中用到定時器T0，啟動時：TR0=1；停止時：TR0=0），在系統(tǒng)復(fù)位時被清0。 如圖5所示為T0、T1工作方式及功能選擇控制寄存器TMOD。該寄存器各位定義如下：圖5 定時器/計數(shù)器方式控制寄存器TMOD1.1.3 單片機的定時器原理 GATE位：門控位，GATE1時，T0、T1是否計數(shù)要受到外部引腳輸入電平的控制，INT0引腳控制T0，INT1引腳控制T1?？捎糜跍y量在INT0和INT1引腳

9、出現(xiàn)的正脈沖的寬度。若GATE0，即不使能門控功能，定時計數(shù)器的運行不受外部輸入引腳INT0、INT1的控制 C/T位：計數(shù)器模式和定時器模式的選擇位，C/T0，為定時器模式，內(nèi)部計數(shù)器對晶振脈沖12分頻后的脈沖計數(shù)，該脈沖周期等于機器周期，所以可以理解為對機器周期進行計數(shù)。從計數(shù)值可以求得計數(shù)的時間，所以稱為定時器模式。1.1.3 單片機的定時器原理C/T 1，為計數(shù)器模式，計數(shù)器對外部輸入引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脈沖（負(fù)跳變）計數(shù)，允許的最高計數(shù)頻率為晶振頻率的1/24。M1 M0：四種工作方式的選擇位M1M1M0 M0 工作工作方式方式說明說明00 013 位定時器(

10、TH的 8 位和TL的低 5 位），最大計數(shù)范圍213（8192）01 116 位定時器/計數(shù)器10 2自動重裝入初值的 8 位計數(shù)器11 3T0 分成兩個獨立的 8 位計數(shù)器，T1 在方式 3 時停止工作表3-3 定時/計數(shù)器工作方式1.1.3 單片機的定時器原理 2、工作方式工作方式 （1）方式0 如圖6為定時器/計數(shù)器方式0的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。方式0下，T0和T1工作在13位的定時/計數(shù)器方式，由TH的高 8 位和TL的低 5 位組成。當(dāng)T0的13位計數(shù)器加到全部為 1 以后，再加1就產(chǎn)生溢出，這時置TCON的TF0為 1 ，同時把計數(shù)器全部變 0 ，然后從 0 開始繼續(xù)計數(shù)。 方式0的計數(shù)長

11、度M為2的13次方，初值也是13位二進制數(shù)，但要注意是高8位賦值給TH0，低5位前面補足 3 個 0 湊成 8 位賦給TL0。1.1.3 單片機的定時器原理 例如，如要求計數(shù)值為1000，則初值為： 根據(jù)：X=MN XM1000 81921000 1C18H 11100000 1 1000B 即賦初值時，TH00 xE0，TL00 x18。1.1.3 單片機的定時器原理圖6 方式 0（13位計數(shù)器）1.1.3 單片機的定時器原理 （2）方式1 如圖7為定時器/計數(shù)器方式0的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。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時是16位的計數(shù)/定時器。方式1時的計數(shù)長度

12、M是2的16次方。16位的初值直接拆成高低字節(jié)，分別送入TH和TL即可。因為計數(shù)長度大，初值計算方便，方式1就定時/計數(shù)器最常用的方式，（如在本設(shè)計案例中，用的就是方式1：TMOD |= 0 x01；）1.1.3 單片機的定時器原理圖7 方式1（16位計數(shù)器）1.1.3 單片機的定時器原理 （3）方式2 如圖8為定時器/計數(shù)器方式0的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖方式0和方式1的最大特點就是計數(shù)溢出后，計數(shù)器為全0，因而循環(huán)定時或循環(huán)計數(shù)應(yīng)用時就存在反復(fù)設(shè)置初值的問題，這給程序設(shè)計帶來許多不便，同時也會影響計時精度。工作方式2就針對這個問題而設(shè)置，它具有自動重裝載功能，即自動加載計數(shù)初值，所以也稱為自動重加載工作

13、方式。 在這種工作方式中，16位計數(shù)器分為兩部分，即以TL0為計數(shù)器，以TH0作為預(yù)置寄存器，初始化時把計數(shù)初值分別加載至TL0和TH0中，當(dāng)計數(shù)溢出時，不再象方式0和方式1那樣需要“人工干預(yù)”，由軟件重新賦值，而是由預(yù)置寄存器TH以硬件方法自動給計數(shù)器TL0重新加載。1.1.3 單片機的定時器原理圖8 方式2（自動重加載初值方式）1.1.3 單片機的定時器原理 （4）方式3 如圖9為定時器/計數(shù)器方式0的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。在方式3模式下，定時/計數(shù)器0被拆成兩個獨立的8位計數(shù)器TL0和TH0。其中TL0既可以作計數(shù)器使用，也可以作為定時器使用，定時/計數(shù)器0的各控制位和引腳信號全歸它使用。其功能和

14、操作與方式0或方式1完全相同。TH0就沒有那么多“資源”可利用了，只能作為簡單的定時器使用，而且由于定時/計數(shù)器0的控制位已被TL0占用，因此只能借用定時/計數(shù)器1的控制位TR1和TF1，也就是以計數(shù)溢出去置位TF1，TR1則負(fù)責(zé)控制TH0定時的啟動和停止。1.1.3 單片機的定時器原理 由于TL0既能作定時器也能作計數(shù)器使用，而TH0只能作定時器使用而不能作計數(shù)器使用，因此在方式3模式下，定時/計數(shù)器0可以構(gòu)成二個定時器或者一個定時器和一個計數(shù)器。 如果定時/計數(shù)器0工作于工作方式3，那么定時/計數(shù)器1的工作方式就不可避免受到一定的限制，因為自己的一些控制位已被定時/計數(shù)器借用，只能工作在方

15、式0、方式1或方式2下，如果設(shè)置T1工作在方式3，則T1停止工作，相當(dāng)于其他方式時令TR10。1.1.3 單片機的定時器原理圖9 方式3（兩個8位獨立計數(shù)器）1.1.3 單片機的定時器原理 3、定時/計數(shù)器的應(yīng)用 （1）初始化步驟 在應(yīng)用定時/計數(shù)器之前，要對它計數(shù)初始化編程，主要是對寄存器TCON和TMOD的編程以及計算和裝載T/C（定時/計數(shù)器）的計數(shù)初值，一般有一下幾個步驟：確定定時/計數(shù)器的工作方式編程TMOD寄存器；計算定時/計數(shù)器的計數(shù)初值，并裝載到TH和T；定時/計數(shù)器在中斷方式工作時，還必須開CPU總中斷EA和相應(yīng)中斷源編程IE寄存器；啟動定時/計數(shù)器編程TCON中的TR1或T

16、R0；1.1.3 單片機的定時器原理 （2 2）應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 實例1：已知單片機的晶振頻率為fosc=12MHz，應(yīng)用定時/計數(shù)器，在單片機引腳P1_3產(chǎn)生周期為2ms的方波信號。 解解 周期為2ms的方波,即高低電平各為1ms，用定時/計數(shù)器定時1ms,每次時間一到讓P1_3取反一次，就可以在該引腳上獲得所要波形。 因為fosc=12MHz,機器周期=12/12MHz=1s，而定時/計數(shù)器在定時模式時就是對fosc的12分頻即機器周期進行計數(shù)，因此要定時1ms需要計數(shù)次數(shù)為1000次。 所以初值X=MN=65536-1000;1.1.3 單片機的定時器原理下面分別采用中斷方式和查詢兩種方

17、式編程： a、用定時/計數(shù)器0的方式1編程，采用查詢方式。#include void main(void)TMOD=0 x01; /設(shè)置定時器0，采用方式1TR0=1;/啟動定時器T/C0while(1)TH0=(65536-1000)/256; /裝載計數(shù)初值TL0=(65536-1000)%256;dowhile(!TF0); /查詢等待TF0溢出標(biāo)志P1_3=!P1_3;/P1_3取反TF0=0; /軟件清零TF0 1.1.3 單片機的定時器原理下面分別采用中斷方式和查詢兩種方式編程： b、用定時/計數(shù)器0的方式1編程，采用中斷方式。#include void timer0(void)

18、interrupt 1 sing 1P1_3=!P1_3;/P1_3取反TH0=(65536-1000)/256; /重裝計數(shù)初值TL0=(65536-1000)%256;void main(void)TMOD=0 x01; /設(shè)置定時器0，采用方式1TH0=(65536-1000)/256; /裝載計數(shù)初值TL0=(65536-1000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;/啟動定時器T/Cdowhile(1); /等待定時器溢出中斷湖南創(chuàng)博龍智信息科技有限公司圖10 2ms仿真截圖 （3）電路仿真波形 以上程序代碼在Protues軟件中仿真得到如下仿真截圖，虛擬示波器上顯示標(biāo)準(zhǔn)的2

19、毫秒方波，發(fā)光二極管以2毫秒的時間間隔亮、滅。1.1.4 軟件延時 1、軟件定時 軟件定時常常是用一個循環(huán)程序，通過正確選擇指令和安排循環(huán)次數(shù)來實現(xiàn)所需要的定時。例2：簡單的循環(huán)定時（軟件延時）函數(shù)功能：延時約150ms*/void delay(void)unsigned char m,n; for(m=0;m200;m+) for(n=0;n250;n+); 湖南創(chuàng)博龍智信息科技有限公司1.1.5 參考程序流程圖圖11 程序流程圖湖南創(chuàng)博龍智信息科技有限公司#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit zuo

20、1=P00;sbit zuo2=P01;sbit you1=P02;sbit you2=P03;void delay(uint x) uchar i;while(x-)for(i=0;i123;i+);1.1.6 程序代碼湖南創(chuàng)博龍智信息科技有限公司void qian()zuo1=0;zuo2=1;/左邊往前you1=0;you2=1;/右邊往前void hou()zuo1=1;zuo2=0;/左邊往后you1=1;you2=0;/右邊往后1.1.6 程序代碼湖南創(chuàng)博龍智信息科技有限公司void zuo()zuo1=1;zuo2=0;/左邊往后you1=0;you2=1;/右邊往前void you()zuo1=0;zuo2=1;/左邊往前you1=1;you2=0;/右邊往后1.1.6 程序代碼湖南創(chuàng)博龍智信息科技有限公司void ting() zuo1=1;zuo2=1;you1=1;you2=1;main() while(1) qian();delay(922*5);hou();delay(922*4);ting();delay(922*3);1.1.6 程序代碼湖南創(chuàng)博龍智信息科技有限公司2.