一个基于ATMEGA128的直流电机抱死程序

    最近用ATMEGA128写了一个让直流电机抱死的程序，效果还不错，分享给大家。

    先说一下我的硬件情况：一块ATMEGA128实验板；一个带编码器的80:1的变速电机，编码器的输出端连接到单片机的PD4和PD5引脚；一块电机驱动电路，该电路的输入为：24v电源、两路pwm信号输入，输出即为电机的正负极，要用该电路来驱动电机，则必须让两路pwm输入信号的一路占空比为0，另一路不为0，相当于让电机的一极接地，另一极接pwm，通过控制两路pwm的占空比来控制电机的转速和转动方向。pwm信号的输入端连接到单片机的PD6和PD7引脚。

    下面是我的程序的设计思路：

    这个程序用了两个定时器：timer0和timer1。

    timer0用来产生pwm。timer0产生pwm信号是这样实现的：程序中有一个timer0的溢出事件计数器，和两个保存两路pwm信号占空比的变量，当timer0溢出事件计数器计数超过100时，如果某个pwm信号占空比不为0，则把相应pwm引脚置高电平，同时清零此计数器，当此计数器等于某个占空比时，则把相应引脚置低电平，从而实现timer0溢出事件计数器从0计数到100时输出一个周期的pwm信号。通过调节timer0的溢出频率，即可调节pwm信号输出的频率。

    timer1用来对编码器的输出进行计数，同时调整pwm的占空比，实现对电机的控制。对编码器的输出计数是利用了timer1的输入捕捉功能，由于电机可以正转，也可以反转，导致编码器的CHA和CHB的输出也不同，所以可以在程序中可以判断电机是正转还是反转，再对编码器的输出脉冲进行计数，当电机正转的时候计数增加，电机反转的时候计数减少，所以编码器的计数值是有正负的。从而可以知道什么时候该通过调整pwm来控制电机。

    下面是我的调试过程，也算是一点经验吧：以开始的思路是只要编码器的计数值不为0，我就要让电机反方向转动，以保持电机抱死，发送给电机的pwm是固定的数值，但是这样反而是抱不死，它在前后地抖动，而且pwm的占空比越大，电机抖动得越厉害，这样显然不行；后来想了一个办法，就是如果编码器的计数值在一定的范围内，我就不用让电机反方向转动。因为这个电机是变速电机，如果电机里面只转动一点点，在外面看来就相当于不动，这样的话就给电机预留了一部分转动的空间，用来消除抖动，就是说在这个空间内是不发送pwm给电机的，或者说电机两极的pwm占空比都为0。这样一来，当pwm占空比比较低时，是可以消除抖动，但是力气不大，就是说还是可以用钳子拧得动，调了很久都无法在抖动和电机力气之间取得平衡。后来又想了一个办法，在这个基础上再改进，因为之前的pwm占空比都是不变的，所以很难达到令人满意的效果，现在的方法是，根据电机被拧动的角度，或者说编码器的计数值大小来调整pwm的占空比，编码器的计数值偏离0越多（正或负得越大），pwm的占空比就越大，电机的力气也就越大，从而不会出现电机一旦被拧动就马上以最大速度转回去的情况，抖动也就消除了，而且电机力气很大。

    本人第一次写博客，可能有很多不足的地方，还请大家多多指教，谢谢！

    编译环境是AVR Studio 5.0，下面是程序代码：

#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h> 


int forward = 0, reverse = 0;//存储电机正转和反转pwm占空比的变量
int timer0_count = 0;//timer0溢出事件计数器
int capt_count = 0;//输入捕捉事件计数器


void port_init(void)
{
PORTA = 0x00;
DDRA  = 0x00;
PORTB = 0x00;
DDRB  = 0x00;
PORTC = 0x00; //m103 output only
DDRC  = 0x00;
PORTD = 0x00;
DDRD  = 0xC0;
PORTE = 0x00;
DDRE  = 0x00;
PORTF = 0x00;
DDRF  = 0x00;
PORTG = 0x00;
DDRG  = 0x00;
}


void timer0_init(void)
{
TCCR0 |= 5;//256分频,普通模式
TIMSK |= 0x01;//timer0溢出中断
TCNT0 = 0xFE;//TCNT0赋初值
}


void timer1_init(void)
{
TCCR1B = 0x00;//停止
TCCR1A = 0x00;//普通模式
TCCR1C = 0x00;
TCNT1 = 0;//计数初值
TCCR1B = 0xC4;//启动定时器，256分频,使能输入捕捉噪声抑制器,输入捕捉触发沿选择：上升沿
TIMSK = 0x24;//输入捕捉中断使能，T/C1溢出中断使能
}


/************************************************************************/
/*  timer0溢出中断函数，产生提供给电机的pwm                             */
/************************************************************************/
ISR(TIMER0_OVF_vect)//200kHz
{
TCNT0 = 0xFE;//TCNT0重新赋值
//当timer0_count等于100时，如果正转或反转的占空比不为0，则相应引脚输出高电平
if(++timer0_count >= 100)//对timer0溢出事件计数100次，相当于100分频，最后输出到电机的pwm频率是2kHz
{
timer0_count = 0;
if(forward != 0)
{PORTD |= (1<<6);}
if(reverse != 0)
{PORTD |=(1<<7);}
}
//当timer0_count等于正转或反转的占空比时，相应引脚输出低电平，实现输出pwm信号
if(timer0_count == forward)
{PORTD &= ~(1 << 6);}
if(timer0_count == reverse)
{PORTD &= ~(1 << 7);}
}


/************************************************************************/
/*  timer1输入捕捉中断函数,对编码器输出的上升沿进行计数              */
/************************************************************************/
ISR(TIMER1_CAPT_vect)
{

if(PIND & (1 << 5))//电机反转
{capt_count--;}//输入捕捉计数器减1
else               //电机正转
{capt_count++;}//输入捕捉计数器加1
}


/************************************************************************/
/*  timer1溢出中断函数，100Hz,用于调整电机转速和转动的方向，实现电机抱死*/
/************************************************************************/
ISR(TIMER1_OVF_vect)
{
TCNT1 = 64910;                           //重新给TCNT1赋值
static unsigned char motor_state = 0;    //电机的状态，标志电机是正转还是反转，0：正转，1：反转
switch(motor_state)
{
case 0:
if(capt_count > 40)              //如果编码器正转计数超过40，则电机需要反转，以保持电机不动
{reverse = capt_count - 40;} //直接把编码器计数值减去40，作为反转的占空比
else if(capt_count < 0)          //如果编码器计数值小于0
{motor_state = 1;}           //进入状态1
else                             //如果编码器计数值在0~40内，为了不发生抖动，不需要反转
{reverse = 0;}               //反转的占空比为0，相当于负极接地
forward = 0;                     //正转的占空比为0，相当于正极接地
break;

case 1:
if(capt_count < -40)             //如果编码器反转计数超过40，则电机需要正转，以保持电机不动
{forward = (-capt_count) - 40;}//直接把编码器计数值减去40，作为正转的占空比
else if(capt_count > 0)          //如果编码器计数值大于0
{motor_state = 0;}           //返回状态0
else                             //如果编码器计数值在-40~0内，为了不发生抖动，不需要正转
{forward = 0;}               //正转的占空比为0，相当于正极接地
reverse = 0;                     //反转的占空比为0 ，相当于负极接地
break;

default:
break;
}
}


void Init_Devices(void)
{
cli();//关闭全局中断
port_init();//I/O口初始化
timer1_init();//定时/计数器1初始化
timer0_init();//计时/计数器0初始化
sei();//打开全局中断
}


int main(void)
{
    Init_Devices();
    while(1)
    {}

    return 0;
}