如何用 atmega 32 pwm 控制电机

Posted 2023-02-22

【中文标题】如何用 atmega 32 pwm 控制电机

【英文标题】：How to control a motor with atmega 32 pwm

【发布时间】：2013-10-29 12:09:33

【问题描述】：

一段时间以来，我一直在研究如何使用我的 atmega32 以快速 pwm 模式控制电机（控制其速度）。我需要使用 8 位 Timer0，因为其他计数器还有其他用途。我想我知道如何初始化这个任务的计时器：

void initial_io (void)
    DDRC = 0xFF;
    DDRB = 0xFF;
    PORTA = (1<<PA4)|(1<<PA5);
    TCCR0 = (1<<WGM01)|(1<<WGM00); // PWM mode : Fast PWM.
    TCCR0 = (1<<CS02)|(1<<CS00); // PWM clock = CPU_Clock/1024

但是问题来了。我根本不知道下一步该做什么，在我的主要做什么。

我的确切项目是驾驶一辆具有加速度的遥控汽车。因此，当我要求汽车向前行驶时，它必须以固定加速度从停止加速到最大速度。我不知道任何程序集，所以如果你能帮助我，请在 C 中完成。任何帮助将不胜感激。

【参考方案1】：

好吧，我想你可以将所有端口 B 和 C 引脚作为输出。此外，您不需要在 AVR 上进行任何组装。仅汇编的东西在 avr-libc 中以宏的形式提供。

设置

首先，您设置的 TCCR0 错误。您必须一次设置所有位，或者您必须使用读取-修改-写入操作（通常TCCR0 |= _BV(bit_num); 设置一个位或TCCR0 &= ~_BV(bit_num); 清除它）。 （_BV(N) 是一个 avr-libc 宏，它比您使用的 (1<<N) 更易读，但做同样的事情。）此外，您缺少由 COM00 和 COM01 设置的 PWM 输出的极性位。现在你已经（隐式）禁用了 PWM 输出（OC0 断开）。

所以我假设您想要一个正向 PWM，即更大的 PWM 输入值会导致更大的高输出占空比。这意味着需要设置COM01 并且需要清除COM00。 （参见 ATmega32(L) 数据表的第 80-81 页。）这导致设置行：

TCCR0 = _BV(WGM01) | _BV(WGM00) // PWM mode: Fast PWM.
      | _BV(COM01)              // PWM polarity: active high
      | _BV(CS02) | _BV(CS00);  // PWM clock: CPU_Clock / 1024

占空比

现在我们开始实际的占空比生成。定时器 0 非常愚蠢，将其 BOTTOM 硬线连接到 0 并将 TOP 连接到 0xFF。这意味着每个 PWM 周期为PWM_Clock / 256，并且由于您将PWM_Clock 设置为CPU_Clock / 1024，因此周期为CPU_Clock / 262144，对于 8 MHz CPU 时钟约为 33 ms。所以每个 PWM 时钟，这个计数器从 0 计数到 255，然后循环回到 0 并重复。

实际 PWM 由 OC 电路根据表 40 生成。对于我们拥有的 COM0* 设置，它表示：

在比较匹配时清除 OC0，将 OC0 设置为 BOTTOM

这意味着每次计数器向上计数时，它会将计数值与OCR0 寄存器进行比较，如果它们匹配，则将OC0 输出引脚驱动到 GND。当计数器回绕到 0 时，它将引脚驱动到 VCC。

所以要设置占空比，只需将与该占空比对应的值写入OCR0：

OCR0 = 0;   // 0% duty cycle: always GND.
OCR0 = 64;  // 25% duty cycle
OCR0 = 128; // 50% duty cycle
OCR0 = 172; // 67% duty cycle
OCR0 = 255; // 100% duty cycle; always VCC. See below.

最后一种情况是为了解决 PWM 的一个常见问题：可能的占空比设置的数量总是比计数步数多一。在这种情况下，有 256 个步骤，如果输出可以是 0、1、2、…… 256 个步骤的 VCC，则提供 257 个选项。因此，它们不是阻止 0% 或 100% 的情况，而是让 100% 的情况消失。表 40 上的注释 1 说：

当 OCR0 等于 TOP 并且设置了 COM01 时会发生特殊情况。在这种情况下，比较匹配被忽略，但设置或清除在 BOTTOM 完成。

还有一件事：如果您在 PWM 周期的中间写信给OCR0，它只会等到下一个周期。

模拟加速度

现在要获得您想要的“恒定加速度”，您需要有某种标准时基。 TOV0（定时器 0 溢出）中断可能会起作用，或者您可以使用另一个定时器或某种外部参考。您将使用此标准时基来了解何时更新OCR0。

恒定加速度只是意味着速度随时间线性变化。更进一步，这意味着对于每个更新事件，您需要将速度更改一个常数。这大概就是saturation arithmetic：

#define kAccelStep 4
void accelerate_step() 
    uint8_t x = OCR0;
    if(x < (255 - kAccelStep))
        OCR0 = x + kAccelStep;
    else
        OCR0 = 255;

只需对每个时间步执行这样的操作，您就会获得持续的加速度。类似的算法可用于减速，您甚至可以使用更高级的算法来模拟非线性函数或补偿电机不会立即达到 PWM 指定速度的事实。

【讨论】：

这正是我想要的。非常感谢你。我还需要问一件事。你能解释一下占空比的含义吗？还有一种方法可以让我的 OC0 输出电压随意。我的意思是 if (...) OC0 = 0 有什么办法吗？

对于具有给定周期 T 的方波，占空比是 T 的百分比用于高（正占空比）或低（负占空比）。因此，周期为 10 ms 的 75% 正占空比波形将花费 7.5 ms 的高电平和 2.5 ms 的低电平。至于您的第二个问题，我不确定您所说的“随意从 OC0 输出电压”是什么意思。 1) OC0 的输出电压为 VDD 或 GND。 2）如果要驱动OC0为恒定的VDD或GND，要么将占空比设置为0%或100%，要么使用TCCR0中的FOC0位。

对不起我的错误。我的意思是从 GND 到 VDD。因此，如果我想从停止开始并线性加速，我的 OCR0 应该为 0，对吗？

最初。假设 0 (GND) 对应“停止电机”。

【参考方案2】：

由于您似乎是 AVR 编程的初学者，我建议您采用简单的方法：从 Arduino 开始。

Arduino 环境提供简单的功能，因此您无需直接操作处理器寄存器。例如，要控制 PWM 输出，您只需调用 analogWrite() (documentation here)

Here is a tutorial to hook up a motor to an Arduino.

Here is a tutorial to program a ATMega32 from Arduino IDE

【讨论】：

如果他们使用其他计数器，他们可能无法使用 Arduino。