实现硬件PWM控制电机旋转和通过编码器计算所转圈数的简单例程

Posted 2021-01-25 feiniaoliangtiangao

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了实现硬件PWM控制电机旋转和通过编码器计算所转圈数的简单例程相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

该例程所用的硬件设备：

直流电机驱动模块YYH-LWZ： H桥大功率正反转刹车 PWM 调速 5/12/24V

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12V直流减速电机JGB37-520B：ASLONG JGB37-520B编码器减速电机直流减速马达A/B相码盘信号测速带编码器 A/B相输出噪音小

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芯片：IAP15w4k58s4

电机控制：

因该电机驱动模块无法直接通过单片机的IO口位的拉高，拉低来控制，故用PWM来控制。软件模拟PWM不够稳定快速，故采用硬件PWM，然而硬件PWM只可使用IAP15w4k58s4芯片固定的PWM输出IO口，来输出PWM波形：

P0.6/P0.7/P1.6/P1.7/P2.1/P2.2
P2.3/P2.7/P3.7/P4.2/P4.4/P4.5

芯片资料：http://www.stcmcudata.com/datasheet/stc/STC-AD-PDF/STC15.pdf（要用自取）

PWM波形输入到电机驱动模块的IO口后，被MOC管放大，在输出到电机电源线

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硬件PWM的PWM.C程序如下：

#include "STC15W.H"        //单片机头文件
#include "Uart.h"
#include "PWM.h"


/*系统晶振频率为28Mhz ，PWM输出信号频率为20khz以内*/
//参考stc15系列单片机指南1056页，  

 void PWM_Init(void)
{ 
   P_SW2 |= 0x80; 
   PWMCFG = 0x00;                  //PWM的输出初始电平为低电平
   PWMCKS = 0x0f;                  //PWM的时钟为Fosc/(0+1)
   PWMC = CYCLE;                   //PWM周期,定义PWM周期(最大值为32767)

   PWM2CR = 0x00;                  //PWM2波形输出到P37,不使能PWM2中断   
   PWM3CR = 0x00;                  //PWM3波形输出到P21,不使能PWM3中断  
   PWM4CR = 0x00;                  //PWM4波形输出到P22,不使能PWM4中断  
   PWM5CR = 0x00;                  //PWM5波形输出到P23,不使能PWM5中断  

   PWM2T1 = 0x0001;               
   PWM2T2 = 0; 
           
   PWM3T1 = 0x0001;               
   PWM3T2 = 0;
            
   PWM4T1 = 0x0001;               
   PWM4T2 = 0;
            
   PWM5T1 = 0x0001;               
   PWM5T2 = 0;
    
   PWMCR |= 0x80;                  //使能PWM模块
   P_SW2 &=~0x80; 
}
void  IN_1( unsigned int DUTY)           //PWM2
{   
        if(DUTY==0)                         //通过DUTY来控制占空比，进而控制PWM输出电压，最终实现转速的变化
        {
           PWMCR &=~0x01;
           PWM2=0; 
        }
        else if(DUTY==100)
        {
           PWMCR &=~0x01;
           PWM2=1; 
        }
        else
        {
           P_SW2 |= 0x80;                  //使能访问PWM在扩展RAM区的特殊功能寄存器XSFR
           PWM2T1 = 0x0001;                //设置PWM2第1次反转的PWM计数
           PWM2T2 = CYCLE * DUTY / 100;    //设置PWM2第2次反转的PWM计数
           P_SW2 &=~0x80;                  //占空比为(PWM2T2-PWM2T1)/PWMC
           PWMCR |= 0x01;                  //使能PWM信号输出

        }

}
void IN_2(unsigned int DUTY)                //PWM3
{         
        if(DUTY==0)
        {
           PWMCR &=~0x02;
           PWM3=0; 
        }
        else if(DUTY==100)
        {
           PWMCR &=~0x02;
           PWM3=1; 
        }        
        else
        { 
           P_SW2 |= 0x80;          
           PWM3T1 = 0x0001;                
           PWM3T2 = CYCLE * DUTY / 100;                                     
           P_SW2 &=~0x80;                 
           PWMCR |= 0x02;                   

        }        
}
void IN_3(unsigned int  DUTY)                  //PWM4
{         
         if(DUTY==0)
        {
          PWMCR &=~0x04;
          PWM4=0; 
        }
        else if (DUTY==100)
        {
          PWMCR &=~0x04;
          PWM4=1; 
        }
        else
        {         
          P_SW2 |= 0x80;                 
          PWM4T1 = 0x0001;               
          PWM4T2 = CYCLE * DUTY / 100;                                
          P_SW2 &=~0x80;                  
          PWMCR |= 0x04;                   

        }
}


void IN_4(unsigned int  DUTY)                  //PWM5
{         
         if(DUTY==0)
        {
           PWMCR &=~0x08;
           PWM5=0; 
        }
        else if (DUTY==100)
        {
           PWMCR &=~0x08;
           PWM5=1; 
        }
        else
        {         
           P_SW2 |= 0x80;                 
           PWM5T1 = 0x0001;               
           PWM5T2 = CYCLE * DUTY / 100;                                
           P_SW2 &=~0x80;                  
           PWMCR |= 0x08;                   

        }
}


//功能：电机驱动模块的输入端口控制函数   
void IN_SetPwm(int wide_1,int wide_2,int wide_3,int wide_4,int uDir)
{
   if(uDir==1)
   {
     IN_1(wide_1);
     IN_2(wide_2);
     IN_3(wide_3);
     IN_4(wide_4);
   }
}

硬件PWM的PWM.h程序如下：

#ifndef _PWM_H_
#define _PWM_H_

#include "STC15W.H"    


 //芯片晶振频率设置为28mhz

#define CYCLE   0x6500L     //定义PWM周期(最大值为32767)
        
sbit PWM2=P3^7;                                         
sbit PWM3=P2^1;                                           
sbit PWM4=P2^2;                                        
sbit PWM5=P2^3;



extern void PWM_Init(void);extern void IN_SetPwm(int wide_1,int wide_2,int wide_3,int wide_4,int uDir);


 #endif

编码器计数：

该电机自带的编码器为A/B相霍尔计数编码器，根据编码器的旋转产生A,B相的不同方波，每有A相的4个方波，编码器转了90度，转一圈故有12个方波信号。根据旋转方向的不同，A波产生的上升下降沿时，B波同时刻处于不同的电平。电机输出轴转一圈的时间内，根据电机的转速，减速比和PWM的频率不同，编码器所转的圈数是不固定的，要精确计数要使用算法，该例程只是前提量不变的估量值。

编码器的encoder.c程序：

#include "STC15W.H"        //单片机头文件
#include "Uart.h"
#include "encoder.h"
#include "center.h"

unsigned char Last_io=0;     
unsigned char Curr_io=0;



 //编码器结构体的初始化
void Encoder_Init(Encoder_HandleTypeDef * encoder)
{
    encoder-> zheng_count =0;
    encoder-> fan_count   =0;
    encoder-> end_count   =0;

}




void Delay50us()        //@28MHz
{
    unsigned char i, j;

    i = 2;
    j = 89;
    do
    {
        while (--j);
    } while (--i);
}




 void Initial_INT0(void)      //用外部中断来实现A波的触发
{    
       
    IT0=0;      // 设置成上升沿和下降沿均触发  
    EX0=1;      //使能INT0中断
    EA=1;   
    
}

int exint0() interrupt 0  //外部中断入口

{  
    Delay50us();    
    if(PIN_A==1)          //上升沿触发
    {   
     
      Curr_io=PIN_B;      //记录PIN_B的触发信号
        
    }
    else if(PIN_A==0)     //下降沿触发
    {   
     
      Last_io=PIN_B;      //记录PIN_B的触发信号
           
        
    }

}


//扫描编码器的计数
void scan_encoder(Encoder_HandleTypeDef *encoder)
{
   

        if((Curr_io==1)&&(Last_io==0))       //编码器逆时针旋转时，A波上升沿时，B波为1，A波下降沿时，B波为0；
        {
             
             encoder->zheng_count++;         //每有12个判断信号，编码器转一圈

             SendString(" 证 转 
");     

             Curr_io=0;                         // 判断信号置0，如果不置0会有误差
             Last_io=0;    
    
        }
       if((Curr_io==0)&&(Last_io==1))        //编码器顺时针旋转时，A波上升沿时，B波为0，A波下降沿时，B波为1；
       {
       
             encoder->fan_count++;             //每有12个判断信号，编码器转一圈

             SendString(" 反 转  
");
                                      
             Curr_io=0;                         // 判断信号置0
             Last_io=0;    
            
        }    
   
    if(encoder->zheng_count==360*15)         //当编码器所转圈数到达一定数量时，电机的输出轴转一圈，该数字为估量值
    {
          
        //  SendString("输出轴 证 转 了 一  圈
");      
          
          encoder->zheng_count=0;

          encoder->end_count++;
          
    }    
    if(encoder->fan_count==360*15)
    {
          
     //       SendString("输出轴 反 转 了 一  圈
");          
         
         encoder->fan_count=0;
         
         encoder->end_count++;                  
         
    }    
    
         
}

编码器的encoder.h程序：

#ifndef _ENCODER_H_
#define _ENCODER_H_

#include "STC15W.H"    

 sbit PIN_B=P4^1;               //B相接P41
 sbit PIN_A=P3^2;               //A相接外部中断使能端口P41




 typedef struct Encoder         //编码器结构体
{

  unsigned int zheng_count;     //编码器正转圈数            
  unsigned int fan_count;       //编码器反转圈数
  unsigned int end_count;       //输出轴已转圈数
      
}Encoder_HandleTypeDef;          


extern void scan_encoder(Encoder_HandleTypeDef *motor);
extern void Encoder_Init(Encoder_HandleTypeDef * encoder);
extern void Initial_INT0(void);


 #endif

电机控制：

控制电机正转或反转，并旋转指定圈数

控制电机的motor.c程序

#include "STC15W.H"        //单片机头文件
#include "Uart.h"
#include "encoder.h"
#include "PWM.h"
#include"motoc.h"




void Motor_Init(Motor_HandleTypeDef *motor)
{
       
    motor->H_PWM       =0;
    motor->L_PWM       =0;
    motor->number       =0;
    motor->flag           =1;
}

                                                                                   
void Motor_Start(Motor_HandleTypeDef *motor,int tack)                            //启动电机
{                                                                            
   motor->H_PWM=20;                                                                //占空比恒为20%
   if(tack==1)
   {

        IN_SetPwm(motor->H_PWM, motor->L_PWM, motor->L_PWM, motor->H_PWM,1);    //MOC管显示为 (1 0 0 1)     电机正转
        
   }
   if(tack==2)
   {
    
        IN_SetPwm(motor->L_PWM, motor->H_PWM, motor->H_PWM, motor->L_PWM,1);    //MOC管显示为 (0 1 1 0)     电机反转
    
   }

}

void Motor_Stop(Motor_HandleTypeDef *motor,int tack)                            //关闭电机
{ 
   motor->H_PWM=0;
   if(tack==1)
   {       
         
        IN_SetPwm(motor->H_PWM,motor->H_PWM,motor->L_PWM,motor->L_PWM,1);        //MOC管显示为 (0 0 0 0)     电机刹车
   }
   if(tack==2)
   {
        
        IN_SetPwm(motor->L_PWM,motor->L_PWM,motor->H_PWM,motor->H_PWM,1);        //MOC管显示为 (0 0 0 0)     电机刹车
   }
}


//电机开关函数
void Motor_key(Motor_HandleTypeDef *motor)

{
       if( motor->flag==0)
    {
        motor->flag=1; 
    }


}



//tack:电机方向       count：目的圈数
void Motor_control(Motor_HandleTypeDef *motor,Encoder_HandleTypeDef * encoder,int tack,int count)
{
 
       if(motor->flag==1)                         //flag=1时，电机才能运行
       {
         Motor_Start(motor,tack);                 //启动电机

         motor->number=encoder->end_count ;

         if(motor->number >= count)                 //当输出轴转的圈数到达目的圈数时，停止旋转
         {
             Motor_Stop(motor,tack);             //关闭电机

             encoder->end_count=0;                 //编码器圈数置0

             motor->flag=0;                         //flag=0

             motor->number=0;                     //电机圈数置0
         }

       }
}

控制电机的motor.h程序

#ifndef _MOTOR_H_
#define _MOTOR_H_

#include "STC15W.H"    

                                   

typedef struct Motor          //电机结构体
{
 
  int L_PWM;                 //PWM低电位
  int H_PWM;                 //PWM高电位
  int number;                 //电机已转圈数
  int flag;                     //电机开关
                     
}Motor_HandleTypeDef;



 extern  void Motor_Init(Motor_HandleTypeDef  *motor);
 extern  void Motor_key(Motor_HandleTypeDef *motor);
 extern  void Motor_Start(Motor_HandleTypeDef *motor,int tack);
 extern  void Motor_Stop(Motor_HandleTypeDef *motor,int tack);
 extern  void Motor_control(Motor_HandleTypeDef *motor,Encoder_HandleTypeDef * encoder,int tack,int count);

主函void main()

{    
   Motor_HandleTypeDef   motor;
   Encoder_HandleTypeDef encoder;    
  

   STC15W_IOinit();          //单片机初始化    
   Core_Init_Uart();         //串口初始化
   PWM_Init();               //PWM初始化
   Encoder_Init(&encoder);   //编码器初始化
   Motor_Init(&motor);       //电机初始化
   Initial_INT0();           //外部中断初始化



    while(1)
    {
       Motor_control(&motor,&encoder,1,5);
       scan_encoder(&encoder);
   
   }


 }

结语

只不过一个简简单单的控制电机和计算圈数的程序，就前前后后花了我两个多星期的业余时间。现在看来，单片机有很多硬件功能是我了解不足的，差不多是从零开始写的。学不以致用不可取以。期望对后来者有参考帮助。

看官们觉得好，有用就给个推荐，如果何处不足，有错请大方留言指出。

谢谢浏览。

void main(){ Motor_HandleTypeDef motor; Encoder_HandleTypeDef encoder; uchar Light_Data=0x43;
STC15W_IOinit(); //单片机初始化Core_Init_Uart(); //串口初始化 PWM_Init(); //PWM初始化Encoder_Init(&encoder); //编码器初始化Motor_Init(&motor); //电机初始化 Initial_INT0(); //外部中断初始化 BH1750_Init(); //GY-30初始化

while(1){     // Motor_Start(&motor,1); // Motor_control(&motor,&encoder,1,5); //scan_encoder(&encoder); //BH1750_Init();

IIC_write_Commend(BH1750FVI_POWER_ON); //上电 IIC_write_Commend(BH1750FVI_CONTINUOUSLY_H_RESOLUTION_MODE); //模式为连续高分辨模式1
Delay180ms(); Light_Data=IIC_read_Commend();  //
conversion(Light_Data);         //
}

}

以上是关于实现硬件PWM控制电机旋转和通过编码器计算所转圈数的简单例程的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

Verilog直流电机的pwm控制设计

怎么用STM32输出PWM信号，从而通过电调控制无刷电机

请教三菱plc中怎么用旋转编码器的脉冲信号来控制步进电机的启停，编码转电机也转，梯形图怎么写？

怎样利用51单片机发生PWM，通过调节PWM的占空比控制可控硅调节电机转速，使转速平稳？

使用旋转编码器控制直流减速电机

实例3，stc8a利用内置的PWM模块，控制小车直流电机运动