机器人教程(1)：利用单片机输出PWM波
1、理论知识
PWM这个功能在飞思卡尔、STM32等高档的单片机内部有专用的模块，用此类芯片实现PWM功能时只需要通过设置相应的寄存器就可实现周期和占空比的控制。但是如果要用51单片机的话，也是可以的，但是比较的麻烦。此时需要用到内部定时器来实现，可用两个定时器实现，也可以用一个定时器实现。
用两个定时器的方法是用定时器T0来控制频率，定时器T1来控制占空比。大致的的编程思路是这样的：T0定时器中断让一个I0口输出高电平，在这个定时器T0的中断当中起动定时器T1，而这T1是让IO口输出低电平，这样改变定时器T0的初值就可以改变频率，改变定时器T1的初值就可以改变占空比。
下面重点介绍用一个定时器的实现PWM的方法。因为市面上的智能小车所采用的电机大多数为TT减速电机，通过反复的实验，此电机最佳的工作频率为1000HZ（太高容易发生哨叫，太低电机容易发生抖动）,所以下面以周期为1ms（1000HZ）进行举例，要产生其它频率的PWM波，程序中只需作简单修改即可。
用一个定时器时（如定时器T0）,首先你要确定PWM的周期T和占空比D，确定了这些以后，你可以用定时器产生一个时间基准t，比如定时器溢出n次的时间是PWM的高电平的时间，则D*T=n*t，类似的可以求出PWM低电平时间需要多少个时间基准n'。
因为这里我们是产生周期为1ms(1000HZ)的PWM,所以可设置中断的时间间隔为0.01ms,，然后中断100次即为1ms。在中断子程序内，可设置一个变量如time,在中断子程序内，有三条重要的语句:1、当time>=100时，time清零(此语句保证频率为1000HZ)，2、当time>n时(n应该在0－100之间变化开)，让单片相应的I/O口输出高电平，当time 2、程序1，使单片机的I/O口输出固定频率的PWM波 下面按上面的思路给出一个具体程序： /*******************************************************************/ /* 程序名：单片机输出固定频率的PWM波*/ /* 晶振：11.00592 MHz CPU型号：STC89C52 */ /* 功能：P2^0口输出周期为1ms(1000HZ),占空比为%80的PWM波*/ /*****************************************************************/ #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit PWM1=P2^0;//接IN1 控制正转 sbit PWM2=P2^1;//接IN2 控制反转 uchar time; void main() { TMOD=0x01;//定时器0工作方式1 TH0=0xff;//(65536-10)/256;//赋初值定时 TL0=0xf7;//(65536-10)%256;//0.01ms EA=1;//开总中断 ET0=1;//开定时器0中断 TR0=1;//启动定时器0 while(1) { } } void delay(uint z) { uint x,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=500;y>0;y--); } void tim0() interrupt 1 { TR0=0;//赋初值时，关闭定时器 TH0=0xff;//(65536-10)/256;//赋初值定时 TL0=0xf7;//(65536-10)%256;//0.01ms TR0=1;//打开定时器 time++; if(time>=100) time=0;//1khz if(time<=20) PWM1=0;//点空比%80 else PWM1=1; PWM2=0; } 程序说明： 1、关于频率的确定：对于11.0592M晶振， PWM输出频率为1KHZ,此时设定时器0.01ms中断一次，时中断次数100次即为1KHZ( 0.01ms*100=1ms，即为1000HZ)此时， 定时器计数器赋初值为TH0=FF,TL0=F7。 2、关于占空比的确定：此时我们将来time的值从0－100之间进行改变，就可以将占空比从%0－%100之间进行变化，上面程序中time<=20时 PWM1=0; else PWM1=1;意思就是%20的时间输出低电平，%80的时间输出高电平，即占空比为%80。如需得到其它占空比，如%60，只需将time的值改为40即可。（程序为if(time<=40) PWM1=0;else PWM1=1;） 当然编写程序时也可以定义一个标志位如flag，根据flag的状态决定输出高平还是低电平，假设定义flag=1的时候输出高电平，用一个变量去记录定时器中断的次数，每次中断就让记录中断次数的变量+1，在中断程序里面判断这个变量的值是否到了 n ，如果到了说明高电平的时间够了，那么就改变flag为0，输出低电平，同时记录中断变量的值清零，每次中断的时候依旧+1，根据flag=0的情况跳去判断记录变量的值是否到了 n' 如果瘟耍说明PWM的低电平时间够了，那么就改flag=1，输出改高电平，同时记录次数变量清零，重新开始，如此循环便可得到你想要的PWM波形，这种方法我们这里不在举例，请自己去试着书写。 3、程序2，使用单片机I/O口输出PWM波，并能通过按键控制正反转 在程序中我们通常需要控制电机的正反转，如通过一个按键控制正反转，此时我们也可以设置一个标志位如flag。在主程序中当按键每次被按下时，flag相应取反。然后在子程序中当flag为1时，进行正转程序，当flag为0时执行反转程序。下面的程序功能为单片机I/O口P2^0、P2^1p出1000HZ，占空比为%50，并能过P3^7按键控制正电机的正反转。 /*******************************************************************/ /* 程序名：PWM直流电机调速 */ /* 晶振：11.00592 MHz CPU型号：STC89C52 */ /* 功能：直流电机的PWM波控制，可以通过按键控制正反转 */ /*****************************************************************/ #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar time,count=50,flag=1;//低电平的占空比 sbit PWM1=P2^0;//PWM 通道 1，反转脉冲 sbit PWM2=P2^1;//PWM 通道 2，正转脉冲 sbit key_turn=P3^7; //电机换向 /************函数声明**************/ void delayxms(uint z); void Motor_turn(void); void timer0_init(void); /*********主函数********************/ void main(void) { timer0_init(); while(1) { Motor_turn(); } } /****************延时处理**********************/ void delayxms(uint z)//延时xms程序 { uint x,y; for(y=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); } /************电机正反向控制**************/ void Motor_turn(void) { if(key_turn==0) { delayxms(2);//此处时间不能太长，否者会的中断产生冲突 if(key_turn==0) { flag=~flag; } while(!key_turn); } } /***********定时器0初始化***********/ void timer0_init(void) { TMOD=0x01; //定时器0工作于方式1 TH0=(65536-10)/256; TL0=(65536-10)%256; TR0=1; ET0=1; EA=1; } /**************定时0中断处理******************/ void timer0_int(void) interrupt 1 { TR0=0;//设置定时器初值期间，关闭定时器 TH0=(65536-10)/256; TL0=(65536-10)%256; TR0=1; if(flag==1)//电机正转 { PWM1=0; time++; if(time { PWM2=1; } else PWM2=0; if(time>=100) { time=0; } } else //电机反转 { PWM2=0; time++; if(time { PWM1=1; } else PWM1=0; if(time>=100) { time=0; } } } 4、程序4、使单片机输出PWM，并能控制正反转和实现调速 为了使大家彻底掌握此方面，下面再给出一个复杂一点的程序，实现的功能为通过一个按键控制正反转并通过另外两个按键使之可以在0到20级之间调速的程序。 /*******************************************************************/ /* 程序名：PWM直流电机调速 */ /* 晶振：11.00592 MHz CPU型号：STC89C52 */ /* 直流电机的PWM波控制，可以通过按键控制正反转并在0到20级之间调速 */ /*****************************************************************/ #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar time,count=50,flag=1;//低电平的占空比 sbit PWM1=P2^0;//PWM 通道 1，反转脉冲 sbit PWM2=P2^1;//PWM 通道 2，正转脉冲 sbit key_add=P3^5;//电机加速 sbit key_dec=P3^6;//电机减速 sbit key_turn=P3^7;//电机换向 /************函数声明**************/ void delayxms(uint z); void Motor_turn(); void Motor_add(); void Motor_dec(); void timer0_init(); /*********主函数********************/ void main() { timer0_init(); while(1) { Motor_turn(); Motor_add(); Motor_dec(); } } /****************延时处理**********************/ void delayxms(uint z)//延时xms程序 { uint x,y; for(y=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); } /************电机正反向控制**************/ void Motor_turn() { if(key_turn==0) { delayxms(2);//此处时间不能太长，否者会的中断产生冲突 if(key_turn==0) { flag=~flag; } while(!key_turn); } } void Motor_add()//电机加速 { if(key_add==0) { delayxms(2);//此处时间不能太长，否者会的中断产生冲突 if(key_add==0) { count+=5; if(count>=100) { count=0; } } while(!key_add); } } void Motor_dec()//电机加减速 { if(key_dec==0) { delayxms(2);//此处时间不能太长，否者会的中断产生冲突 if(key_dec==0) { count-=5; if(count>=100) { count=0; } } while(!key_dec); } } /***********定时器0初始化***********/ void timer0_init() { TMOD=0x01; //定时器0工作于方式1 TH0=(65536-10)/256; TL0=(65536-10)%256; TR0=1; ET0=1; EA=1; } /**************定时0中断处理******************/ void timer0_int() interrupt 1 { TR0=0;//设置定时器初值期间，关闭定时器 TH0=(65536-10)/256; TL0=(65536-10)%256; TR0=1; if(flag==1)//电机正转 { PWM1=0; time++; if(time { PWM2=1; } else PWM2=0; if(time>=100) { time=0; } } else //电机反转 { PWM2=0; time++; if(time { PWM1=1; } else PWM1=0; if(time>=100) { time=0; } } } 5、利用单片机输出PWM简单控制小车直行 相信通过上面的讲解，大家已经能够很好的撑握如何利用51单片机产生PWM波下面给出一个程序，通过单片机两个I/O口输出PWM波，让小车直行。 #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit PWM1=P2^0;//接IN1 控制正转 sbit PWM2=P2^1;//接IN2 控制反转 sbit PWM3=P2^2;//接IN3 控制正转 sbit PWM4=P2^3;//接IN4 控制反转 sbit PWM5=P2^4;//接IN3 控制正转 sbit PWM6=P2^5;//接IN4 控制反转 sbit PWM7=P2^6;//接IN3 控制正p sbit PWM8=P2^7;//接IN4 控制反转 uchar time; void main() { TMOD=0x01;//定时器0工作方式1 TH0=0xff;//(65536-10)/256;//赋初值定时 TL0=0xf7;//(65536-10)%256;//0.01ms EA=1;//开总中断 ET0=1;//开定时器0中断 TR0=1;//启动定时器0 while(1) { } } void delay(uint z) { uint x,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=500;y>0;y--); } void tim0() interrupt 1 { TR0=0;//赋初值时，关闭定时器 TH0=0xff;//(65536-10)/256;//赋初值定时 TL0=0xf7;//(65536-10)%256;//0.01ms TR0=1;//打开定时器 time++; if(time>=100) time=0;//1khz PWM2=0; PWM4=0; if(time<=75) PWM1=1; else PWM1=0; if(time<=80) PWM3=1; else PWM3=0; PWM6=0; PWM8=0; if(time<=50) PWM5=1; else PWM5=0; if(time<=50) PWM7=1; else PWM7=0; }