智能小车.docx

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智能小车

盛方跟我学做智能车第一节电机驱动原理

时间:

2009-9-25来源:

WWW.SFMCU.COM作者:

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112次

盛方单片机 sf-51单片机超级学习板（基础套餐）

第一节智能小车电机驱动原理

一、驱动板概述

驱动板由大功率驱动芯片L298为主，加上L1117稳压芯片为整个电路板提供稳定的5V电压。

驱动板能同时驱动两个直流电机。

通过对六个口的控制就可以分别实现对电机正反转、加减速的控制。

完成向前、向后、左转和右转等各种组合运动。

每个电机用三个口控制，一个使能端（EN）或PWM输入端，控制电机的转动与停止，也能用于PWM控制调速。

也就说，对这个输入端输入一定频率的脉冲，当为高电平时，电机转动，为低电平时，电机停止转动。

一定频率的脉冲，电机一段时间内转动一段时间内停止转动，但由于直流电机的惯性特性，它不会立即停下来，只要频率高于某个值，就不会感觉到电机的停滞现象，反而是一种很连续的运动。

只要改变一个周期内高低电平的时间比例，就可以改变电机的速度。

另外两个输入端是为了控制方向，分别为In1和In2。

In1为高电平，In2为低电平，电机按一个方向转，In1为低电平，In2为高电平，电机向相反方向转，如果他们同时为高电平或低电平，那么电机不转。

二、驱动板电路原理

   那我们首先分析一下L298驱动板，L298驱动板原理图如图1。

该驱动板需要用7.2V电源供电，但L298N的逻辑参考电平为典型的TTL电平。

用了一个L1117稳压芯片提供稳定的5V输出电压和逻辑参考电压，D9、D10、D11和D12是发光二极管，指示运动方向，与它们连接的电阻都是限流电阻。

R5和R8都是下拉电阻，让EnA和EnB口要么是高电平，要么是低电平，避免出现电平混乱，提高对输入信号的抗干扰能力。

输出端都接有0.1uF电容，加上二极管平衡电路。

他们都是为了保护L298N，电机是感性负载，当给电机突然通电与断电，因为电流的瞬变，电机两端会产生瞬时高压和大电流。

如果没有保护措施，L298N就可能会被烧毁。

三、恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N

L298N驱动芯片是由SGS公司的产品，比较常见的15脚Multiwatt封装，内部有4通道逻辑驱动电路。

它的内部结构如图1。

从内部结构图可知，用三极管组成H型平衡桥，驱动功率大，驱动能力强。

同时H型PWM电路工作在晶体管的饱和状态与截止状态，具有非常高的效率。

从图2看出该驱动芯片有两路H型PWM电路，上面已谈到用PWM控制直流电机调速的基本原理，现在来看电路的具体实现。

In1为高电平，In2为低电平，EnA为高电平时，U1、U4输出为高电平，U2、U3输出为低电平。

在OUT1、OUT2接上电机后，T1、T4管导通，T2、T3管截止，电机向一个方向转。

In1为低电平，In2为高电平，EnA仍旧为高电平，T1、T4管截止，T2、T3管导通，电机向相反方向转。

In1、In2同时为高电平或低电平，T1与T3同时导通或截止，T2与T4也是同时导通与截止，但与前者相反，也就是OUT1与OUT2电压相同。

电机会快速停转。

如果EnA端为低电平，整个H型PWM电路关闭。

电机当然也就不会转。

四、驱动板连线：

   驱动板与单片机和驱动板与直流电机的接线如图3，整个系统的总电源由L298驱动板的供电电源提供。

L298驱动板的5V电源输出给单片机。

L298驱动板的输入控制端与P0口相连，具体各管脚的连接的情况如图3。

L298驱动板的输出直接与直流电机连接，参照图3。

L298驱动板的有一个VCC和GND不用。

他们是使用步进电机时，作为公共端的。

要实现对电机的前后控制，只要P0^0和P0^1逻辑电平相反。

假设P0^0为高，P0^1为低时是正转。

那么在颠倒送数，即P0^0为低，P0^1为高，车轮就会反转。

调速，控制P0^2口的高电平保持时间相对总周期长点，速度就大，短点，速度就小。

图3 驱动板连线图

盛方跟我学做智能车第二节基本行进控制

时间:

2009-9-25来源:

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63次

盛方单片机 sf-51单片机超级学习板（基础套餐）

第二节小车前进、后退、转弯、变速实验

一、实验原理：

电机驱动板的控制端与P0口相连，注意P0口必须接上拉电阻，1k比较合适。

按照驱动板原理，只要控制与方向控制连接的I/O口，就能实现小车方向的控制，控制与使能端连接的I/O口，就能实现小车速度的控制。

小车直线前进，每个轮的速度受使能端控制，当使能端输入相同占空比时，两轮速度相同，实现小车直线前进。

直线后退，每个轮的速度控制与直线前进一样，改变两轮的运动方向，方向控制信号与直线前进相反即可。

小车左转，方向控制保持和前进一样，左轮速度慢，右轮速度快，就可以让小车左转。

小车右转，和左转原理一样，左轮速度快，右轮速度慢，就可以了。

直线变速前进，方向不变，逐渐改变输出PWM的占空比。

占空比逐渐增加，就是加速，占空比逐渐减小，就是减速。

二、实验任务：

1． 编写小车直线前进的程序，小车速度可调，改变小车速度。

小车速度共25档，也就是说，PWM周期共分为25等份。

调节速度就是控制高电平的占有时间即等份数。

2． 改变小车的运动方向，让小车后退，改变占空比，体验小车不同速度后退。

3． 控制小车左轮占空比小于右轮，下载程序，小车可以完成左转弯功能。

改变左右轮占空比的差距，观察小车的转弯幅度也会随之变化。

4． 控制小车右轮占空比小于左轮，重复任务3的步骤，小车就可以右转弯了。

接着重复任务3的实验内容。

5． 通过前面的4个任务，我们基本上已经具有控制小车完成基本工作的能力了，现在让我们来做点有挑战性的实验吧。

题目，小车实现变速功能，每1-2秒小车速度变化一次。

从速度零加速到最大速度，然后从最大速度逐渐减速到零，如此反复。

速度共分为25档。

三、实验源程序：

任务1源程序：

/*******************************************************************

公司名称：

盛方单片机

公司网址：

模块名称：

001.c

功能：

直行前进。

说明：

通过定时器0产生PWM调速。

程序设计：

tongwei

设计时间：

2009.09.13

版本号:

*********************************************************************/

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

#defineMOTOR_CP0//P0口作为电机的控制口。

#definePERCENT3//占空比常量定义。

#defineSHELVES25//速度总档数。

sbitPWM_R=P0^7;//右电机PWM输入口

sbitPWM_L=P0^2;//左电机PWM输入口

#defineBACK0xC6//后退

#defineFORWARD0xA5//前进

voidtimer_init（void）;//定时器初始化函数。

voidforward（void）;//前进函数。

/********************************************************************

函数名：

timer_init（）

功能：

初始化定时器0

说明：

无

入口参数：

无

返回值：

无

设计：

tongwei日期：

2009.09.13

修改：

日期：

***********************************************************************/

voidtimer_init（void）

{

TMOD=0x02;//定时器0工作在方式2，定时值自动重载，启动仅受TR0的控制。

TH0=256-200;//定时周期为200us*SHELVES

TL0=256-200;

EA=1;//开总中断。

ET0=1;//开定时器0中断。

TR0=1;//启动定时器0。

}

/********************************************************************

函数名：

forward（）

功能：

小车直行函数。

说明：

无

入口参数：

无

返回值：

无

设计：

tongwei日期：

2009.09.12

修改：

日期：

***********************************************************************/

voidforward（void）

{

timer_init（）;//定时器0初始化。

MOTOR_C=FORWARD;//设置方向，前进

while

（1）;

}

/********************************************************************

函数名：

timer_zero（）

功能：

定时器0中断服务函数

说明：

无

入口参数：

无

返回值：

无

设计：

tongwei日期：

2009.09.12

修改：

日期：

***********************************************************************/

voidtimer_zero（void）interrupt1

{

staticuchartemp=0;//中断次数计数，

EA=0;//关总中断，屏蔽其他中断。

if（temp

{

PWM_L=1;//PWM高电平，11000110B

PWM_R=1;

temp++;//实现计数

}

else

{

if（temp

{

PWM_L=0;//PWM低电平，01000010B

PWM_R=0;

temp++;//实现计数

}

else//一个PWM周期结束，计数清零。

{

temp=0;

}

}

EA=1;//开总中断。

}

/********************************************************************

函数名：

main（）

功能：

主函数

说明：

无

入口参数：

无

返回值：

无

设计：

tongwei日期：

2009.09.12

修改：

日期：

***********************************************************************/

voidmain（）

{

forward（）;

}

任务2源程序：

/*******************************************************************

公司名称：

盛方单片机

公司网址：

模块名称：

002.c

功能：

直行后退。

说明：

通过定时器0产生PWM调速。

程序设计：

tongwei

设计时间：

2009.09.13

版本号:

*********************************************************************/

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

#defineMOTOR_CP0//P0口作为电机的控制口。

#definePERCENT3//占空比常量定义。

#defineSHELVES25//速度总档数。

sbitPWM_R=P0^7;//右电机PWM输入口

sbitPWM_L=P0^2;//左电机PWM输入口

#defineBACK0xC6//后退

#defineFORWARD0xA5//前进

voidtimer_init（void）;//定时器初始化函数。

voidback（void）;//后退函数。

/********************************************************************

函数名：

timer_init（）

功能：

初始化定时器0

说明：

无

入口参数：

无

返回值：

无

设计：

tongwei日期：

2009.09.13

修改：

日期：

***********************************************************************/

voidtimer_init（void）

{

TMOD=0x02;//定时器0工作在方式2，定时值自动重载，启动仅受TR0的控制。

TH0=256-200;//定时周期为200us*SHELVES

TL0=256-200;

EA=1;//开总中断。

ET0=1;//开定时器0中断。

TR0=1;//启动定时器0。

}

/********************************************************************

函数名：

back（）

功能：

小车直行函数。

说明：

无

入口参数：

无

返回值：

无

设计：

tongwei日期：

2009.09.13

修改：

日期：

***********************************************************************/

voidback（void）

{

timer_init（）;//定时器0初始化

MOTOR_C=BACK;//设置方向，后退

while

（1）;

}

/********************************************************************

函数名：

timer_zero（）

功能：

定时器0中断服务函数

说明：

无

入口参数：

无

返回值：

无

设计：

tongwei日期：

2009.09.12

修改：

日期：

***********************************************************************/

voidtimer_zero（void）interrupt1

{

staticuchartemp=0;//中断次数计数，

EA=0;//关总中断，屏蔽其他中断。

if（temp

{

PWM_L=1;//PWM高电平，11000110B

PWM_R=1;

temp++;//实现计数

}

else

{

if（temp

{

PWM_L=0;//PWM低电平，01000010B

PWM_R=0;

temp++;//实现计数

}

else//一个PWM周期结束，计数清零。

{

temp=0;

}

}

EA=1;//开总中断。

}

/********************************************************************

函数名：

main（）

功能：

主函数

说明：

无

入口参数：

无

返回值：

无

设计：

tongwei日期：

2009.09.12

修改：

日期：

***********************************************************************/

voidmain（）

{

back（）;

}

任务3源程序：

/*******************************************************************

公司名称：

盛方单片机

公司网址：

模块名称：

003.c

功能：

小车左转弯。

说明：

通过定时器0产生PWM调速。

程序设计：

tongwei

设计时间：

2009.09.13

版本号:

*********************************************************************/

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

#defineMOTOR_CP0//P0口作为电机的控制口。

#defineSHELVES25//速度总档数。

sbitPWM_R=P0^7;//右电机PWM输入口

sbitPWM_L=P0^2;//左电机PWM输入口

#defineBACK0xC6//后退

#defineFORWARD0xA5//前进

voidtimer_init（void）;//定时器初始化函数。

voidleft（void）;//左转弯函数。

ucharpercent_l=0;//左轮占空比

ucharpercent_r=0;//右轮占空比

/********************************************************************

函数名：

timer_init（）

功能：

初始化定时器0

说明：

无

入口参数：

无

返回值：

无

设计：

tongwei日期：

2009.09.13

修改：

日期：

***********************************************************************/

voidtimer_init（void）

{

TMOD=0x02;//定时器0工作在方式2，定时值自动重载，启动仅受TR0的控制。

TH0=256-200;//定时周期为200us*SHELVES

TL0=256-200;

EA=1;//开总中断。

ET0=1;//开定时器0中断。

TR0=1;//启动定时器0。

}

/********************************************************************

函数名：

left（）

功能：

小车左转

说明：

通过控制左右轮不同的占空比，实现左右转。

入口参数：

无

返回值：

无

设计：

tongwei日期：

2009.09.13

修改：

日期：

***********************************************************************/

voidleft（void）

{

timer_init（）;//初始化定时器0。

MOTOR_C=FORWARD;//方向向前

percent_r=8;//右轮速度快。

percent_l=5;//左轮速度慢。

while

（1）;

}

/********************************************************************

函数名：

timer_zero（）

功能：

定时器0中断服务函数

说明：

无

入口参数：

无

返回值：

无

设计：

tongwei日期：

2009.09.12

修改：

日期：

***********************************************************************/

voidtimer_zero（void）interrupt1

{

staticuchartemp=0;//中断次数计数，

EA=0;//关总中断，屏蔽其他中断。

if（temp

{

if（temp

{

PWM_L=1;//左电机高电平

}

else

{

PWM_L=0;//左电机低电平

}

if（temp

{

PWM_R=1;//右电机高电平

}

else

{

PWM_R=0;//右电机低电平

}

temp++;//实现计数

}

else//一个PWM周期结束，计数清零。

{

temp=0;

}

EA=1;//开总中断。

}

/*****************