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1、汽车单片机原理与应用汽车单片机原理与应用第八章第八章 H0定时器定时器 第一节第一节 直流电动机控制硬件电路直流电动机控制硬件电路 用单片机控制直流电机时，可直接选用市场用单片机控制直流电机时，可直接选用市场上现成的电机专用驱动模块，这些模块接口上现成的电机专用驱动模块，这些模块接口简单，操作方便，并可为电机提供较大的驱简单，操作方便，并可为电机提供较大的驱动电流。动电流。 当需要调节直流电机转速时，使单片机的相当需要调节直流电机转速时，使单片机的相应应I/O口输出不同占空比的口输出不同占空比的PWM波形（脉宽调波形（脉宽调制）即可。制）即可。一、一、PWM波及其简单应用简介波及其简单应用简介
2、PWM（Pulse Width Modulation 脉冲宽度调制脉冲宽度调制）：）：是按一是按一定规律改变脉冲序列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的定规律改变脉冲序列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调制方式一种调制方式。我们在控制系统中最常用的是矩形波我们在控制系统中最常用的是矩形波PWM信号，在控制时信号，在控制时需要调节需要调节PWM波的占空比。波的占空比。占空比是指高电平持续时间在一个周期时间内的百分比。占空比是指高电平持续时间在一个周期时间内的百分比。控制电机的转速时，占空比越大，速度越快，如果全为高控制电机的转速时，占空比越大，速度越快，如果全为高电平，占空比为电平，占空比为10
3、0%时，速度达到最快。时，速度达到最快。利用软件延时。利用软件延时。当高电平延时时间到时，对当高电平延时时间到时，对I/O口电平取反变成低电平，然口电平取反变成低电平，然后再延时；当低电平延时时间到时，再对该后再延时；当低电平延时时间到时，再对该I/O口电平取反，口电平取反，如此循环就可得到如此循环就可得到PWM信号。信号。利用定时器。利用定时器。控制方法同上，只是在这里利用单片机的定时器来定时进控制方法同上，只是在这里利用单片机的定时器来定时进行高、低电平的翻转，而不用软件延时。行高、低电平的翻转，而不用软件延时。利用单片机自带的利用单片机自带的PWM控制器。控制器。STC12系列单片机自身
4、带有系列单片机自身带有PWM控制器，控制器，STC89系列单片系列单片机无此功能，其他型号的很多单片机也带有机无此功能，其他型号的很多单片机也带有PWM控制器，控制器，如如PIC单片机、单片机、AVR单片机等。单片机等。实现的三种方法：实现的三种方法：占空比的计算占空比的计算Duty=t1/Tt1高电平持续时间高电平持续时间T周期周期 二、硬件电路二、硬件电路电机驱动模块电机驱动模块L298 L298N是是SGS公司的产品，内部包含公司的产品，内部包含4通道逻辑驱通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个即内含二个H桥的高电压大电流
5、双全桥式驱动器，桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下以下的电机。的电机。二、硬件电路二、硬件电路电机驱动模块电机驱动模块L298 工作电压：控制信号直流工作电压：控制信号直流5V；电机电压直流；电机电压直流3V46V 最大工作电流：最大工作电流：2.5A 额定功率：额定功率：25W 特点：特点： 1、具有信号指示、具有信号指示 2、转速可调、转速可调 3、抗干扰能力强、抗干扰能力强 4、具有过电压和过电流保护、具有过电压和过电流保护 5、可单独控制两台直流电机、可单独控制两台直流电机 6、可单独控制一台步进电机、可单独控
6、制一台步进电机 7、PWM脉宽平滑调速脉宽平滑调速 8、可实现正反转、可实现正反转 9、采用光电隔离、采用光电隔离引脚图引脚图L298内部原理图和逻辑功能内部原理图和逻辑功能IN1IN2ENA电机状态电机状态011逆时针逆时针101顺时针顺时针XX0停止停止001停止停止硬件电路说明硬件电路说明 L298需两路电源分别为逻辑电源和动力电源，插需两路电源分别为逻辑电源和动力电源，插头头P4（Vcc=5V）接入逻辑电源）接入逻辑电源Vss，插头，插头P1（Vss=12V）接入动力电源）接入动力电源Vs。 插头插头P2分别为单片机控制两个电机的输入端，分别为单片机控制两个电机的输入端，P5分别与两个
7、电机的正负极相连。分别与两个电机的正负极相连。 ENA与与ENB直接接入逻辑电源，也就是说两个电机直接接入逻辑电源，也就是说两个电机时刻都工作在使能状态，控制电机的运行状态只时刻都工作在使能状态，控制电机的运行状态只有通过有通过P2插头。插头。 由于电机是线圈式的，在从运行状态突然转换到由于电机是线圈式的，在从运行状态突然转换到停止状态和从顺时针状态突然转换到逆时针状态停止状态和从顺时针状态突然转换到逆时针状态时会形成很大的感应电流，在电路中加入二极管时会形成很大的感应电流，在电路中加入二极管的作用就是在产生感应电流的时候进行泄流，保的作用就是在产生感应电流的时候进行泄流，保护芯片。护芯片。P
8、WM调速调速 当开关管的驱动信号始终为高电平时，开关管导通，当开关管的驱动信号始终为高电平时，开关管导通，直流电动机电枢两端电压直流电动机电枢两端电压=Vs，保持最高速运转。，保持最高速运转。 当开关管的驱动信号始终为低电平时，开关管截止，当开关管的驱动信号始终为低电平时，开关管截止，直流电动机电枢两端电压为直流电动机电枢两端电压为=0，停止运转。，停止运转。 脉宽调制（脉宽调制（PWM）循环输出高低电平，相当于控制）循环输出高低电平，相当于控制电动机工作在某一中间电压，从而实现电动机转速电动机工作在某一中间电压，从而实现电动机转速的控制。的控制。IN1IN2ENA电机状态电机状态011逆时针
9、逆时针101顺时针顺时针001停止停止电动机的电枢绕组两端电压的平均值为：电动机的电枢绕组两端电压的平均值为：（t1U）/（t1t2）=( t1U)/T=D*U式中式中D（Duty）为占空比，）为占空比，D= t1/T。 占空比占空比D表示了在一个周期表示了在一个周期T里开关管导通里开关管导通的时间的时间t1与周期与周期T的比值。的比值。 当电源电压当电源电压U不变的情况下，输出电压的平不变的情况下，输出电压的平均值取决于占空比均值取决于占空比D的大小，改变的大小，改变D值也就值也就改变了输出电压的平均值，从而达到控制改变了输出电压的平均值，从而达到控制电机转速的目的，即实现电机转速的目的，即
10、实现PWM调速。调速。 在在PWM调速时，改变占空比调速时，改变占空比常用定频调宽常用定频调宽法，同时改变法，同时改变t1和和t2，但周期，但周期T=t1+t2保持不保持不变。变。第二节第二节 端口功能端口功能1.当当TMHEn = 1 时，开始计数。时，开始计数。2.CMP0n 是在允许计数操作后首次被比较的比较寄存器。是在允许计数操作后首次被比较的比较寄存器。当当8 位定时器计数器位定时器计数器Hn 与与CMP0n 寄存器的值匹配寄存器的值匹配时，时，将将8 位定时器计数器位定时器计数器Hn 清零清零、产生中断请求信号产生中断请求信号（INTTMHn），），输出输出有效电平有效电平。同时与
11、同时与8 位定时器位定时器Hn比较的寄存器由比较的寄存器由CMP0n 切换为切换为CMP1n。3.当当8 位定时器计数器位定时器计数器Hn 与与CMP1n 寄存器匹配时，寄存器匹配时，输出输出无效电平无效电平，同时与，同时与8 位定时器位定时器Hn 比较的寄存器由比较的寄存器由CMP1n 切换为切换为CMP0n。此时不对。此时不对8 位定时器计数器位定时器计数器Hn 清零，也不产生清零，也不产生INTTMHn 信号信号.4.重复执行过程重复执行过程2和和3，可以获取具有任意占空比的脉冲。，可以获取具有任意占空比的脉冲。5若要停止计数操作，则设置若要停止计数操作，则设置TMHEn = 0。若若C
12、MP0n 的值为的值为N、CMP1n 的值为的值为M，计数时钟频率为计数时钟频率为fCNT ，则，则PWM 脉冲的输脉冲的输出周期和占空比如下所示出周期和占空比如下所示PWM脉冲输出周期脉冲输出周期= (N + 1)/fCNT 占空比占空比= (M + 1)/(N + 1)注意事项：注意事项：1. 可以在定时器计数操作时改变可以在定时器计数操作时改变CMP1n 的设置值。的设置值。但从改变但从改变CMP1n 寄存器的值到这个值被传输给寄寄存器的值到这个值被传输给寄存器需要经历存器需要经历三个操作时钟三个操作时钟（通过（通过TMHMDn 寄存器寄存器的的CKSn2 、CKSn1、CKSn0 位选
13、择的时钟信号）位选择的时钟信号）2. 在定时器计数操作停止后（在定时器计数操作停止后（TMHEn=0），），再次启再次启动动定时器操作时（定时器操作时（TMHEn=1）,必须对必须对CMP1n 进行进行设置设置（即使是设置相同的值，也必须重新设置（即使是设置相同的值，也必须重新设置CMP1n 寄存器）寄存器）3. CMP1n 寄存器的设置值（寄存器的设置值（M）和）和CMP0n 寄存器寄存器的设置值（的设置值（N）必须在以下范围内取值。）必须在以下范围内取值。00HCMP1n (M) CMP0n (N) FFH 通过设置通过设置TMHEn =1 允许计数操作。通过屏蔽允许计数操作。通过屏蔽1
14、个计数时个计数时钟，启动钟，启动8 位定时器计数器位定时器计数器Hn。PWM 输出无效电平。输出无效电平。 在定时器计数器操作期间可以修改在定时器计数器操作期间可以修改CMP1n 的值。修改操的值。修改操作与计数时钟不同步。作与计数时钟不同步。 当当8 位定时器计数器位定时器计数器Hn 与与CMP0n 的值匹配时，的值匹配时，将将8 位定位定时器计数器时器计数器Hn 的值清零、输出有效电平的值清零、输出有效电平，并，并输出输出INTTMHn 信号信号。 如果如果CMP1n 的值被修改，则修改后的值被锁存的值被修改，则修改后的值被锁存，且，且不传不传送到寄存器送到寄存器。当。当8 位定时器计数器
15、位定时器计数器Hn 的值与修改前的值与修改前CMP1n寄寄存器的值匹配时，则将值传送至存器的值匹配时，则将值传送至CMP1n，这样这样CMP1n 的值就的值就被修改了（被修改了（）。）。但但从从CMP1n 的值被修改到将值传送至寄存器至少需要的值被修改到将值传送至寄存器至少需要3 个个计计数时钟数时钟。如果在。如果在3 个计数时钟内产生一个匹配信号，则不能将个计数时钟内产生一个匹配信号，则不能将修改后的值传送至寄存器。修改后的值传送至寄存器。 当当8 位定时器计数器位定时器计数器Hn 的值与修改后的的值与修改后的CMP1n 的值的值匹配时，输出无效电平。此时不对匹配时，输出无效电平。此时不对8
16、 位定时器计数器位定时器计数器Hn清零，也不产生清零，也不产生INTTMHn 信号。信号。 在定时器在定时器Hn 操作期间若将操作期间若将TMHEn 位清零，可以设位清零，可以设置置INTTMHn 信号为默认值，信号为默认值，PWM 输出无效电平输出无效电平本次实验要求：本次实验要求：1.利用利用H0定时器实现电机转。定时器实现电机转。2.利用利用INTTM00中断实现电机变转速中断实现电机变转速变化。变化。3.利用外部中断，实现电机转速变化。利用外部中断，实现电机转速变化。1.利用利用H0定时器实现电机转程序：定时器实现电机转程序：#pragma sfrvoid hd_init()PM1.5=0;TMHMD0=0X09;void main (void)IMS=0XCC;IXS=0X00;hd_init();CMP00=200; /*PWM周期周期*/CMP10=100; /*PWM占空比占空比*/TMHE0=1; /*计数开始计数开始*/while(1);2.利用利用INTTM00中断实现电机变转速中断实现电机变转速变化程序变化程序。3.利用外部中断，实现电机转速变化利用外部中断，实
