小車運動及速度控制設(shè)計

小車運動及速度控制
一、實驗目的
小車在運動中，控制小車的控制速度是必要，通過控制小車驅(qū)動電機的電流可以實現(xiàn)
對電機速度的控制。采用PWM 脈沖可以方便的實現(xiàn)電機的速度控制。P89V51RD2 單片
機具有PCA 陣列，可以通過編程輸出5 路PWM 脈沖。本實驗通過編程產(chǎn)生PWM 脈沖控
制電機速度，從而控制小車實現(xiàn)各種動作。知識要點：
1．掌握使用P89V51RD2 單片機產(chǎn)生PWM 脈沖，實現(xiàn)電機速度控制的方法。
2．小車運動控制方法。
二、預備知識
1．P89V51RD2 單片機的PCA 模塊和PWM 功能
PWM 脈沖叫脈寬可調(diào)脈沖，這種脈沖的高電平時間和低電平時間的比例可以調(diào)整。
脈沖的高電平時間于脈沖周期的比值叫做占空比。PWM 脈沖在電機調(diào)速領(lǐng)域應用較多。
在小車上，可以用于調(diào)整小車的驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整運行速度。
P89V51RD2 單片機的PCA 陣列由脈沖信號源選擇、PCA 計數(shù)器、和5 個捕捉/比較模
塊組成，其結(jié)構(gòu)如圖3-14 所示。

當比較/捕捉模塊工作與比較模式時，可以用于產(chǎn)生PWM 脈沖，它包含了5 個比較/
捕捉模塊，可以用于產(chǎn)生5 路PWM 脈沖，5 路PWM 脈沖的輸出端是P1.3~P1.7。小車電
路中使用了P1.4~P1.7，具體功能入下表：
表3-4 驅(qū)動電路端口定義
引腳 功能
P1.4 右電機反轉(zhuǎn)驅(qū)動脈沖輸出端，使用比較/捕捉模塊1（CEX1）
P1.5 右電機正轉(zhuǎn)驅(qū)動脈沖輸出端，使用比較/捕捉模塊2（CEX2）
P1.6 左電機反轉(zhuǎn)驅(qū)動脈沖輸出端，使用比較/捕捉模塊3（CEX3）
P1.7 左電機正轉(zhuǎn)驅(qū)動脈沖輸出端，使用比較/捕捉模塊4（CEX4）

在小車控制電路中，由于以上4 路脈沖經(jīng)過非門后作用于電機驅(qū)動電路，因此電機的
轉(zhuǎn)速與脈沖的占空比成反比。在使用時要注意這一點。
PWM 脈沖的頻率由脈沖源和PCA 計數(shù)器決定。脈沖源有三種選擇，分別是內(nèi)部時鐘
脈沖、外部脈沖和定時器T0 溢出脈沖。內(nèi)部時鐘頻率固定，等于振蕩頻率的六分之一即：
fOSC/6。在實驗用小車控制板上，該內(nèi)部時鐘脈沖頻率2MHz。T0 溢出脈沖是T0 計數(shù)器每
次累加到0FFFFH（或1FFFH 或0FFH）后溢出而產(chǎn)生的脈沖，由T0 的工作方式和初值
決定，可以通過編程修改。外部脈沖從單片機的P1.2 輸入，其頻率由輸入脈沖信號源決定。
PCA 計數(shù)器實際上是一個8 位的計數(shù)器，在運行過程中其數(shù)值從初值到255 循環(huán)計
數(shù)，如果初值為0，則其數(shù)值為0~255 循環(huán)。在小車控制板上，如果選擇內(nèi)部時鐘脈沖，
則PWM 脈沖的最低頻率為7812.5Hz。在要求脈沖頻率較低時就必須采用定時器T0 和外
部信號作為脈沖源。
各捕捉/比較模塊中的寄存器的數(shù)值與PCA 計數(shù)器的內(nèi)容比較，如果該寄存器中的數(shù)
值比PCA 計數(shù)器的數(shù)值大則對應的I/O 為低電平，否則為高電平。修改捕捉/比較模塊中
寄存器的值就可以改變脈沖寬度，各模塊中該寄存器的符號分別為：CCAP0H、CCAP1H、
CCAP2H、CCAP3H 和CCAP4H。
在直流電機調(diào)速中，PWM 脈沖的頻率要根據(jù)電機的參數(shù)選擇。如果脈沖頻率過低會
造成電機抖動，運轉(zhuǎn)不良。如果脈沖頻率過高則會造成失控。對小車上的電機調(diào)速時，PWM
脈沖頻率選擇20Hz 為宜。編程時可以選擇定時器T0 作為信號源。
2．PWM 脈沖的編程方法，及直流電機的調(diào)速。
要產(chǎn)生PWM 脈沖，需對相關(guān)控制寄存器進行設(shè)置，下面是一個從P1.7 和P1.5 輸出
PWM 脈沖的程序：
……
MOV TMOD ，#02H ；設(shè)定T0 的工作方式為方式2
MOV TL0 ，#0EFH ；設(shè)定T0 初值，該值決定PWM 脈沖的頻率
MOV TH0 ，#0EFH
MOV CMOD ，#04H ；脈沖選擇，使用T0 作為PCA 的計數(shù)時鐘源
MOV CCAPM4 ，#42H ；使能CEX4 的PWM 功能，從P1.7 輸出PWM 脈沖
MOV CCAPM2 ，#42H ；使能CEX2 的PWM 功能，從P1.5 輸出PWM 脈沖
MOV CCON ，#40H ；啟動PCA 計數(shù)器工作
SETB TR0 ；啟動定時器T0
MOV CCAP4H ，#64H ；設(shè)定P1.7 輸出脈沖寬度為100/256
MOV CCAP2H ，#64H ；設(shè)定P1.5 輸出脈沖寬度為100/256
……
思考：如果要從P1.6、P1.4 或其他I/O 輸出PWM 脈沖應如何修改以上程序？
程序中T0 工作于方式2，初值為0EFH，因此由T0 溢出而產(chǎn)生的脈沖頻率為：125KHz，
PCA 計數(shù)器的初值為0，則輸出PWM 的頻率為488.3Hz。脈沖寬度由CCAP4H 和CCAP2H
的值決定，輸出脈沖的脈寬與其數(shù)值成正比。由于小車控制電路中各PWM 脈沖通過非門
后加入驅(qū)動電路中，因此電機的速度與脈沖寬度成反比關(guān)系。
思考：如果要使輸出的PWM 脈沖頻率低一些，應如何修改以上程序？怎樣計算？