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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，通過控制小車驅動電機的電流可以實現
對電機速度的控制。采用PWM 脈沖可以方便的實現電機的速度控制。P89V51RD2 單片
機具有PCA 陣列，可以通過編程輸出5 路PWM 脈沖。本實驗通過編程產生PWM 脈沖控
制電機速度，從而控制小車實現各種動作。知識要點：
1．掌握使用P89V51RD2 單片機產生PWM 脈沖，實現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 脈沖叫脈寬可調脈沖，這種脈沖的高電平時間和低電平時間的比例可以調整。
脈沖的高電平時間于脈沖周期的比值叫做占空比。PWM 脈沖在電機調速領域應用較多。
在小車上，可以用于調整小車的驅動電機的轉速，從而調整運行速度。
P89V51RD2 單片機的PCA 陣列由脈沖信號源選擇、PCA 計數器、和5 個捕捉/比較模
塊組成，其結構如圖3-14 所示。
當比較/捕捉模塊工作與比較模式時，可以用于產生PWM 脈沖，它包含了5 個比較/
捕捉模塊，可以用于產生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 驅動電路端口定義
引腳 功能
P1.4 右電機反轉驅動脈沖輸出端，使用比較/捕捉模塊1（CEX1）
P1.5 右電機正轉驅動脈沖輸出端，使用比較/捕捉模塊2（CEX2）
P1.6 左電機反轉驅動脈沖輸出端，使用比較/捕捉模塊3（CEX3）
P1.7 左電機正轉驅動脈沖輸出端，使用比較/捕捉模塊4（CEX4）
在小車控制電路中，由于以上4 路脈沖經過非門后作用于電機驅動電路，因此電機的
轉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 計數器決定。脈沖源有三種選擇，分別是內部時鐘
脈沖、外部脈沖和定時器T0 溢出脈沖。內部時鐘頻率固定，等于振蕩頻率的六分之一即：
fOSC/6。在實驗用小車控制板上，該內部時鐘脈沖頻率2MHz。T0 溢出脈沖是T0 計數器每
次累加到0FFFFH（或1FFFH 或0FFH）后溢出而產生的脈沖，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 計數器實際上是一個8 位的計數器，在運行過程中其數值從初值到255 循環計
數，如果初值為0，則其數值為0~255 循環。在小車控制板上，如果選擇內部時鐘脈沖，
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值與PCA 計數器的內容比較，如果該寄存器中的數
值比PCA 計數器的數值大則對應的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。
在直流電機調速中，PWM 脈沖的頻率要根據電機的參數選擇。如果脈沖頻率過低會
造成電機抖動，運轉不良。如果脈沖頻率過高則會造成失控。對小車上的電機調速時，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，及直流電機的調速。
要產生PWM 脈沖，需對相關控制寄存器進行設置，下面是一個從P1.7 和P1.5 輸出
PWM 脈沖的程序：
……
MOV TMOD ，#02H ；設定T0 的工作方式為方式2
MOV TL0 ，#0EFH ；設定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 計數器工作
SETB TR0 ；啟動定時器T0
MOV CCAP4H ，#64H ；設定P1.7 輸出脈沖寬度為100/256
MOV CCAP2H ，#64H ；設定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 溢出而產生的脈沖頻率為：125KHz，
PCA 計數器的初值為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
后加入驅動電路中，因此電機的速度與脈沖寬度成反比關系。
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？
工商網監
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