第7講電機控制技術(2015)

1、E&C College AVR Training 2006Slide 1定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器電機控制技術電機控制技術E&C College AVR Training 2006Slide 2定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器定時器定時器/ /計數(shù)器的應用計數(shù)器的應用Application of Timer 1.1.Timer02的定時應用的定時應用2.2.Timer02的輸出比較模式應用的輸出比較模式應用3.3.Timer1的輸入捕捉模式的輸入捕捉模式4.4.Timer02的脈寬調制模式的脈寬調制模式5.5.綜合應用綜合應用E&C College AVR Trainin

2、g 2006Slide 3定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器實訓任務實訓任務1.通過通過PWM波實現(xiàn)對波實現(xiàn)對LED燈亮度的控制（直觀上）。燈亮度的控制（直觀上）。2.利用利用AVR單片機控制直流電機正轉、反轉及調速。單片機控制直流電機正轉、反轉及調速。需要解決的問題：需要解決的問題：如何實現(xiàn)如何實現(xiàn)PWM輸出控制？輸出控制？直流電機的工作原理？直流電機的工作原理？（motor.c）E&C College AVR Training 2006Slide 4定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器PWMPWM基本概念基本概念 PWMPWM（Pulse Width ModulationPulse Width

3、Modulation）控制）控制脈沖寬度調脈沖寬度調制技術制技術，通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲，通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。得所需要波形（含形狀和幅值）。 PWMPWM輸出的最大特點是輸出的最大特點是波形的頻率恒定，波形的占空比波形的頻率恒定，波形的占空比D D卻可以改變卻可以改變。PWMPWM輸出經過輸出經過RCRC濾波可得到一個濾波可得到一個可調節(jié)（占可調節(jié)（占空比的改變）的平均直流輸出信號空比的改變）的平均直流輸出信號，從而提供不同的直流，從而提供不同的直流輸出信號用于控制模擬設備。相當于一種輸出信號用于控制模擬設備。相當于一種數(shù)

4、模轉換器（數(shù)模轉換器（D/A) D/A) 如：如：由由PWMPWM波形控制波形控制LEDLED的亮度的亮度。注意：。注意：PWMPWM波形的頻率波形的頻率必須高于必須高于42Hz,42Hz,否則將看到否則將看到LEDLED在閃爍。在閃爍。 又如：又如：小功率直流電機的驅動與調速。小功率直流電機的驅動與調速。其方法就是控其方法就是控制電機電樞電壓接通和斷開時間的比值（占空比）來驅動制電機電樞電壓接通和斷開時間的比值（占空比）來驅動電機和改變電機的轉速，這種方法稱為電機和改變電機的轉速，這種方法稱為脈寬調速法脈寬調速法。E&C College AVR Training 2006Slide

5、5定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器PWMPWM應用應用1. PWM1. PWM脈寬調制：脈寬調制：頻率不變，改變占空比頻率不變，改變占空比2. PWM2. PWM實現(xiàn)直流電機調速。（或者實現(xiàn)直流電機調速。（或者PWM波形控制波形控制LED的的亮度亮度f42Hz）。）。3. PWM3. PWM外加簡單的外加簡單的RCRC濾波電路可實現(xiàn)濾波電路可實現(xiàn)D/AD/A轉換。轉換。4. 4. 單片機單片機PWMPWM波形產生與定時器其他方式輸出波形工作波形產生與定時器其他方式輸出波形工作特征的區(qū)別：特征的區(qū)別：定時器其他方式輸出波形定時器其他方式輸出波形需要程序干預，需要程序干預，占用運行時間。占用運行時間。

6、PWMPWM單元不需程序干預直接改變管腳輸出單元不需程序干預直接改變管腳輸出。E&C College AVR Training 2006Slide 6定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器D/AD/A轉換器轉換器E&C College AVR Training 2006Slide 7定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器輸出比較模式下工作模式的分類輸出比較模式下工作模式的分類工作模式工作模式應用功能應用功能具備此功具備此功能的能的T/C需要設置的相關寄存器需要設置的相關寄存器1普通模式普通模式輸出一定頻率的方波輸出一定頻率的方波（不提倡）（不提倡）T/C0,T/C1， T/C2TCCRn，TCNT

7、n，TIMSK，TIFRn，SREG2.CTC模式模式在一個輸出引腳上產在一個輸出引腳上產生輸出對稱方波，可生輸出對稱方波，可調節(jié)其頻率。調節(jié)其頻率。T/C0， T/C1， T/C2TCCRn,TCNTn,TIMSK,TIFRn,OCRn,SREG,OCR1AL(H),OCR1BL(H),TCNT1L(H),TCCR1A(B)3.快速快速PWM產生高頻的產生高頻的PWM 波波形。形。T/C0， T/C1， T/C24.相位修正相位修正PWM模式模式提供不同的直流輸出提供不同的直流輸出信號。信號。T/C0， T/C1， T/C25相位頻率修相位頻率修正正PWM模模式式可以產生高精度的、可以產生高

8、精度的、相位與頻率都準確的相位與頻率都準確的PWMPWM波形波形T/C1E&C College AVR Training 2006Slide 8定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器PWMPWM輸出工作原理框圖輸出工作原理框圖比較器比較器輸出比較中斷標志輸出比較中斷標志定時器定時器/計數(shù)器計數(shù)器輸出比較寄存器輸出比較寄存器中斷請求中斷請求S2S1波形發(fā)生器波形發(fā)生器波形發(fā)生模式設置波形發(fā)生模式設置輸出比較模式設置輸出比較模式設置輸出比較引腳輸出比較引腳OCn外部時鐘源外部時鐘源內部時鐘源內部時鐘源S0中斷設置中斷設置E&C College AVR Training 2006Slide 9

9、定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器PWMPWM輸出基本原理與規(guī)律輸出基本原理與規(guī)律 定時器定時器/ /計數(shù)器的計數(shù)器以一定頻率向上、向下計數(shù)計數(shù)器的計數(shù)器以一定頻率向上、向下計數(shù)，即計數(shù)器從，即計數(shù)器從OOH-FFHOOH-FFH進行計數(shù)，然后計數(shù)器反向從進行計數(shù)，然后計數(shù)器反向從FFH FFH -OOH-OOH進行計數(shù)，如此反復。當計數(shù)器中的數(shù)值與比較寄進行計數(shù)，如此反復。當計數(shù)器中的數(shù)值與比較寄存器中的數(shù)值相等時，比較器的輸出按存器中的數(shù)值相等時，比較器的輸出按PWMPWM預定的規(guī)律輸預定的規(guī)律輸出一系列的脈沖波。出一系列的脈沖波。 在正常在正常PWMPWM模式下，計數(shù)器模式下，計數(shù)器向下計數(shù)向

10、下計數(shù)時遇到匹配，就時遇到匹配，就將將輸出位設置為高電平輸出位設置為高電平；如果在；如果在向上計數(shù)向上計數(shù)時遇到匹配，時遇到匹配，就將就將輸出位設置為低電平。輸出位設置為低電平。 其占空比隨著比較值的改變而改變，其占空比隨著比較值的改變而改變，比較值越大，占比較值越大，占空比越大空比越大。若加載到輸出比較寄存器的數(shù)值等于峰值的若加載到輸出比較寄存器的數(shù)值等于峰值的20%20%，那么就可以產生，那么就可以產生20%20%的占空比的的占空比的PWMPWM波形。波形。E&C College AVR Training 2006Slide 10定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器相位修正相位修正PWMP

11、WM模式時序圖模式時序圖 Phase Correct PWM Mode 雙斜坡工作方式雙斜坡工作方式E&C College AVR Training 2006Slide 11定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器相位修正相位修正PWMPWM模式的工作機理模式的工作機理 相位修正相位修正PWMPWM模式為用戶提供了一個獲得高精度相位修正模式為用戶提供了一個獲得高精度相位修正PWMPWM波形的方法。此模式基于波形的方法。此模式基于雙斜坡操作雙斜坡操作。計時器重復地從。計時器重復地從BOTTOMBOTTOM計到計到TOPTOP，然后又從，然后又從TOPTOP倒退回到倒退回到BOTTOMBOTTOM。在

12、正向比較。在正向比較輸出模式下，輸出模式下，當計時器往當計時器往TOPTOP計數(shù)時若發(fā)生了計數(shù)時若發(fā)生了TCNTnTCNTn與與OCRnOCRn的的匹配，匹配，OCnOCn將清零為低電平；而在計時器往將清零為低電平；而在計時器往BOTTOMBOTTOM計數(shù)時若計數(shù)時若發(fā)生了發(fā)生了TCNTnTCNTn與與OCRnOCRn的匹配，的匹配，OCnOCn將置位為高電平。將置位為高電平。工作于反工作于反向輸出比較時則正好相反。向輸出比較時則正好相反。 與單斜坡操作相比，雙斜坡操作可獲得的最大頻率要小與單斜坡操作相比，雙斜坡操作可獲得的最大頻率要小。但由于其。但由于其對稱的特性，十分適合于電機控制對稱的特

13、性，十分適合于電機控制。 在正向在正向PWMPWM模式下的模式下的極值極值情況：情況：若若OCR0OCR0等于等于BOTTOMBOTTOM，輸，輸出一直保持為低電平；若出一直保持為低電平；若OCR0OCR0等于等于TOPTOP，則輸出保持為高電，則輸出保持為高電平。平。反向反向PWMPWM模式則正好相反。模式則正好相反。E&C College AVR Training 2006Slide 12定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器相位修正相位修正PWMPWM模式的工作機理模式的工作機理 對于對于TC0TC0和和TC2TC2定時器，相位修正定時器，相位修正PWMPWM模式的模式的PWMPWM精度固

14、精度固定為定為8 8比特。對于比特。對于TC1TC1定時器，定時器，PWM 分辨率固定為分辨率固定為8、9 或或10 位，或由位，或由ICR1 或或OCR1A 定義。定義。最小分辨率為最小分辨率為2比特比特(ICR1或或OCR1A設為設為 0 x0003)，最大分辨率為，最大分辨率為16位位(ICR1或或OCR1A設為設為MAX)。PWM 分辨率位數(shù)可用下式計算：分辨率位數(shù)可用下式計算： 工作于相位修正工作于相位修正PWM模式時，計數(shù)器的數(shù)值一直累加模式時，計數(shù)器的數(shù)值一直累加到固定值到固定值0 x00FF、0 x01FF、0 x03FF (WGM13:0 = 1、 2 或或3) 、ICR1

15、(WGM13:0 = 10) 或或OCR1A (WGM13:0 = 11)，然后改變計數(shù)方向。，然后改變計數(shù)方向。E&C College AVR Training 2006Slide 13定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器相位修正相位修正PWMPWM模式模式Phase Correct PWM Mode u典型特點：相位準確，占空比可調。到頂更新，典型特點：相位準確，占空比可調。到頂更新，雙斜坡工雙斜坡工作方式作方式，定時器從零到頂。再從頂計數(shù)到，定時器從零到頂。再從頂計數(shù)到0。在。在OCn腳輸出腳輸出脈沖信號，脈沖信號， OCn輸出不需要程序干預。輸出不需要程序干預。uTC0,TC2下下輸出

16、的輸出的PWM 頻率頻率的的公式：公式： uTC1下的公式為：下的公式為： 變量變量N 代表分頻因子代表分頻因子 (1、 8、 64、256 或或1024)。E&C College AVR Training 2006Slide 14定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器實戰(zhàn)演練實戰(zhàn)演練2. 設計一個波形發(fā)生器，要求在設計一個波形發(fā)生器，要求在PB3腳輸出一個頻率為腳輸出一個頻率為8k，占空比為，占空比為80%的矩形波，要求用相位修正的的矩形波，要求用相位修正的PWM模式產生。模式產生。選選fclk=4MHz，N分分=1，OCR=204E&C College AVR Training 20

17、06Slide 15定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器設計思路分析設計思路分析 參數(shù)計算（計算參數(shù)計算（計算N N分和分和OCROCR的值）的值） 已知：已知：fclk=4MHz，f0=8k，占空比，占空比D=80% 求：求：N分與分與OCR0 由：由： TC0,TC2下下輸出的輸出的PWM 頻率頻率的的公式：公式： 我們可以計算出我們可以計算出N分分=1。 又由：又由：“若加載到輸出比較寄存器的數(shù)值等于峰值的若加載到輸出比較寄存器的數(shù)值等于峰值的20%20%，那么就可以產生那么就可以產生20%20%的占空比的的占空比的PWMPWM波形。波形?！钡睦碚摽芍旱睦碚摽芍?D=OCR0/256=80%

18、, D=OCR0/256=80%, 則：則：OCR0=204OCR0=204選選fclk=4MHz，N分分=1，OCR=204E&C College AVR Training 2006Slide 16定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器初始化代碼及編程思路初始化代碼及編程思路應填入計算出來的應填入計算出來的OCR0=0XCC應填入應填入TCNT0=0編程思路：編程思路：1.主程序就是無限循環(huán)；主程序就是無限循環(huán)；2. 輸出比較中斷空著。輸出比較中斷空著。E&C College AVR Training 2006Slide 17定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器實戰(zhàn)演練實戰(zhàn)演練1. 設計一個波

19、形發(fā)生器，要求在設計一個波形發(fā)生器，要求在PD7腳輸出一個頻率為腳輸出一個頻率為8k，占空比為，占空比為20%的矩形波，要求用相位修正的的矩形波，要求用相位修正的PWM模式產生。模式產生。 （PWM8K.C）選選fclk=4MHz，N分分=1，OCR=51E&C College AVR Training 2006Slide 18定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器實戰(zhàn)演練實戰(zhàn)演練3. 設計一個波形發(fā)生器，要求在設計一個波形發(fā)生器，要求在PB3腳輸出一個頻率為腳輸出一個頻率為8k，8000個占空比為個占空比為5%的矩形波脈沖，接下來在頻率不變的的矩形波脈沖，接下來在頻率不變的情況下輸出情況下輸出

20、8000個占空比為個占空比為95%的矩形波脈沖，如此下的矩形波脈沖，如此下去循環(huán)往復，將輸出接到去循環(huán)往復，將輸出接到led上觀察明暗變化。要求用相上觀察明暗變化。要求用相位修正的位修正的PWM模式產生。（模式產生。（PWM_LED.C）E&C College AVR Training 2006Slide 19定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器程序設計思路程序設計思路占空比為占空比為5%時，時，OCR0=0X0C; 當占空比為當占空比為95%時，時，OCR0=0XF2。主程序為無限循環(huán)主程序為無限循環(huán)輸出比較中斷函數(shù)：在中斷設置判斷標志位是輸出比較中斷函數(shù)：在中斷設置判斷標志位是1時對應時對

21、應95%的占空比輸出，為的占空比輸出，為0時對應時對應5%的占空比輸出。相應的占空比輸出。相應的分支處理產生相應占空比的矩形波波。的分支處理產生相應占空比的矩形波波。 每個分支處理的思路每個分支處理的思路設定本產生占空比的矩形波對設定本產生占空比的矩形波對應的應的OCR0的參數(shù)，以及設定產生脈沖個數(shù)的統(tǒng)計計數(shù)的參數(shù)，以及設定產生脈沖個數(shù)的統(tǒng)計計數(shù)器，通過統(tǒng)計中斷次數(shù)以確保產生題目要求的脈沖個數(shù)器，通過統(tǒng)計中斷次數(shù)以確保產生題目要求的脈沖個數(shù)。若完成產生了足夠的脈沖個數(shù)，則設定輸出另一個占。若完成產生了足夠的脈沖個數(shù)，則設定輸出另一個占空比的矩形波對應的空比的矩形波對應的OCR0的參數(shù)，修改標志

22、位，給中的參數(shù)，修改標志位，給中斷次數(shù)計數(shù)器清零。斷次數(shù)計數(shù)器清零。E&C College AVR Training 2006Slide 20定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器編程編程代碼代碼引導引導#pragma interrupt_handler timer0_comp_isr:20void timer0_comp_isr(void) /compare occured TCNT0=OCR0 if(標志位標志位=1) /若產生若產生95%占空比矩形波占空比矩形波 設定本產生占空比的矩形波對應的設定本產生占空比的矩形波對應的OCR0的參數(shù)；的參數(shù)； 產生脈沖個數(shù)的統(tǒng)計計數(shù)器計數(shù)；產生脈沖個數(shù)

23、的統(tǒng)計計數(shù)器計數(shù)； if(？)/產生了足夠的脈沖個數(shù)？產生了足夠的脈沖個數(shù)？ 產生脈沖個數(shù)的統(tǒng)計計數(shù)器清零；產生脈沖個數(shù)的統(tǒng)計計數(shù)器清零； 標志位清零標志位清零; 設定輸出另一個占空比的矩形波對應的設定輸出另一個占空比的矩形波對應的OCR0的參數(shù)的參數(shù); else if(？) /若產生若產生5%占空比矩形波占空比矩形波 設定本產生占空比的矩形波對應的設定本產生占空比的矩形波對應的OCR0的參數(shù)；的參數(shù)； 產生脈沖個數(shù)的統(tǒng)計計數(shù)器計數(shù)；產生脈沖個數(shù)的統(tǒng)計計數(shù)器計數(shù)； if(？)/產生了足夠的脈沖個數(shù)？產生了足夠的脈沖個數(shù)？ 產生脈沖個數(shù)的統(tǒng)計計數(shù)器清零；產生脈沖個數(shù)的統(tǒng)計計數(shù)器清零； 標志位置標

24、志位置1; 設定輸出另一個占空比的矩形波對應的設定輸出另一個占空比的矩形波對應的OCR0的參數(shù)的參數(shù); E&C College AVR Training 2006Slide 21定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器基于串口控制發(fā)光二極管的亮度基于串口控制發(fā)光二極管的亮度 設計要求：由設計要求：由PC機下發(fā)命令實現(xiàn)單片機機下發(fā)命令實現(xiàn)單片機PD5引腳輸出相位引腳輸出相位修正的修正的PWM波波控制控制PA0接的發(fā)光二極管由亮變暗再由暗變接的發(fā)光二極管由亮變暗再由暗變亮。當下發(fā)亮。當下發(fā)a字符，則發(fā)光二極管由亮變暗，當下發(fā)字符，則發(fā)光二極管由亮變暗，當下發(fā)b字符，則發(fā)光二極管由暗變亮。字符，則發(fā)光二

25、極管由暗變亮。思路提示：思路提示：1. 如何初始化？請畫出資源分配表如何初始化？請畫出資源分配表2. 輸出比較中斷：給輸出比較中斷：給OCR1A賦值賦值3. 串行接收中斷：接收數(shù)據(jù)；判斷數(shù)據(jù)為串行接收中斷：接收數(shù)據(jù)；判斷數(shù)據(jù)為b時，時，修改修改OCR1A的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)由暗變亮，直到最大值；的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)由暗變亮，直到最大值；判斷數(shù)據(jù)為判斷數(shù)據(jù)為a時，時，修改修改OCR1A的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)由亮變暗；直到最小值。的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)由亮變暗；直到最小值。4. 主函數(shù)：無限循環(huán)主函數(shù)：無限循環(huán) E&C College AVR Training 2006Slide 22定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器知識總結和綜

26、合知識總結和綜合功功 能能T/C0T/C0T/C1T/C1T/C2T/C2普通定時器計普通定時器計數(shù)器數(shù)器具備此功能具備此功能具備此功能具備此功能具備此功能具備此功能輸輸出出比比較較普通模式普通模式具備此功能具備此功能具備此功能具備此功能具備此功能具備此功能CTCCTC模式模式相位修正相位修正PWMPWM快速快速PWMPWM相位與頻相位與頻率修正率修正PWMPWM輸入捕捉功能輸入捕捉功能具備此功能具備此功能E&C College AVR Training 2006Slide 23定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器基于串口控制發(fā)光二極管的亮度基于串口控制發(fā)光二極管的亮度 設計要求：由設計要求：

27、由PC機下發(fā)命令實現(xiàn)單片機機下發(fā)命令實現(xiàn)單片機PD7引腳引腳輸出相位修正的輸出相位修正的PWM波波控制的控制的PA0接的發(fā)光二極接的發(fā)光二極管由亮變暗再由暗變亮。當下發(fā)管由亮變暗再由暗變亮。當下發(fā)a 字符，則字符，則發(fā)光二極管由亮變暗，當下發(fā)發(fā)光二極管由亮變暗，當下發(fā)b字符，則發(fā)字符，則發(fā)光二極管由暗變亮。光二極管由暗變亮。于此同時請在數(shù)碼管上顯示于此同時請在數(shù)碼管上顯示收到的字符及其對應當前占空比值；格式信息如收到的字符及其對應當前占空比值；格式信息如下：下：“A75” 。 E&C College AVR Training 2006Slide 24定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器數(shù)碼管的

28、控制數(shù)碼管的控制p 實驗環(huán)境：數(shù)碼管實驗環(huán)境：數(shù)碼管采用采用共陽極共陽極數(shù)碼管數(shù)碼管p 數(shù)碼管的數(shù)碼管的八段八段：通：通過過RN1RN1、RN2RN2接到接到PAPA口口，PA7PA7PA1PA1引腳引腳對應對應A A段段G G段，段，PA0PA0對應小數(shù)點。對應小數(shù)點。p 數(shù)碼管的數(shù)碼管的位控制位控制：通過通過RN3RN3接到接到PCPC口口的高的高4 4位位PC4PC4PC7PC7，對應位，對應位1 1位位4 4。E&C College AVR Training 2006Slide 25定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器數(shù)碼管段碼數(shù)碼管段碼“0”000000110 x03“1”11110

29、0110 xf3“2”001001010 x25“3”000011010 x0d“4”100110010 x99“5”010010010 x49“6”010000010 x41“7”000111110 x1f“8”000000010 x01“9”000110010 x19E&C College AVR Training 2006Slide 26定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器基于串口控制發(fā)光二極管的亮度基于串口控制發(fā)光二極管的亮度思路提示：思路提示：1. 如何初始化？請畫出資源分配表如何初始化？請畫出資源分配表2. 設計設計ms延時函數(shù)延時函數(shù)3. 輸出比較中斷：給輸出比較中斷：給OCR2

30、賦值賦值4. 串行接收中斷：接收數(shù)據(jù)；判斷數(shù)據(jù)為串行接收中斷：接收數(shù)據(jù)；判斷數(shù)據(jù)為b時，時，修改修改OCR1A的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)由暗變亮，直到最大值；的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)由暗變亮，直到最大值；判斷數(shù)據(jù)為判斷數(shù)據(jù)為a時，時，修改修改OCR2的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)由亮變暗；直到最小值。的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)由亮變暗；直到最小值。5. 主函數(shù)：可在此定義位碼變量、顯示緩沖區(qū)、段碼數(shù)組等。主函數(shù)：可在此定義位碼變量、顯示緩沖區(qū)、段碼數(shù)組等。while（1）內部完成數(shù)碼管的動態(tài)顯示過程。利用）內部完成數(shù)碼管的動態(tài)顯示過程。利用for循環(huán)循環(huán)結構完成動態(tài)顯示。結構完成動態(tài)顯示。6. 定義全局變量：定義全局變量：OCR2的數(shù)據(jù)參量，串口接收

31、數(shù)據(jù)參量的數(shù)據(jù)參量，串口接收數(shù)據(jù)參量 E&C College AVR Training 2006Slide 27定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器參考代碼引導參考代碼引導void main(void) 定義局部變量；定義局部變量； init_devices(); while(1) 占空比顯示數(shù)據(jù)十位、個位數(shù)字分離計算占空比顯示數(shù)據(jù)十位、個位數(shù)字分離計算; for(m=0;m4;m+) /實現(xiàn)占空比數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示實現(xiàn)占空比數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示 輸出位碼，注意正確移位；輸出位碼，注意正確移位； 輸出段碼輸出段碼; 動態(tài)顯示延時動態(tài)顯示延時5ms; #pragma interrupt_handler u

32、art0_rx_isr:12void uart0_rx_isr(void) 接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù); if(數(shù)據(jù)是否為數(shù)據(jù)是否為b？) 修改修改OCR2數(shù)據(jù)使得數(shù)據(jù)使得LED變亮變亮; if(OCR2數(shù)據(jù)參量達到最大值數(shù)據(jù)參量達到最大值) OCR2數(shù)據(jù)參量數(shù)據(jù)參量=最大值最大值; else if(數(shù)據(jù)是否為數(shù)據(jù)是否為a？) 修改修改OCR2數(shù)據(jù)使得數(shù)據(jù)使得LED變暗變暗; if(OCR2數(shù)據(jù)參量達到最小值數(shù)據(jù)參量達到最小值) OCR2數(shù)據(jù)參量數(shù)據(jù)參量=最小值最小值; #pragma interrupt_handler timer2_comp_isr:？void timer2_comp_isr(voi

33、d) OCR2=OCR2的數(shù)據(jù)參量的數(shù)據(jù)參量;E&C College AVR Training 2006Slide 28定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器基于串口控制發(fā)光二極管的亮度基于串口控制發(fā)光二極管的亮度序號序號功能模塊功能模塊占用端口占用端口工作模式工作模式有效電平有效電平涉及寄存器涉及寄存器1點燈點燈PA0輸出輸出低電平低電平DDRA、PORTA2TC2PD7PWM輸出輸出模式模式TCNT2, OCR2, TCCR2, TIFR，TIMSK3數(shù)碼管數(shù)碼管PA口口, PC口口輸出模式輸出模式段：低段：低位：低位：低DDRA、PORTADDRC、PORTC4串口串口PD0,PD1接收中

34、斷接收中斷UCSRA、UCSRB、UCSRC、UDR、UBRRH、UBRRLE&C College AVR Training 2006Slide 29定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器基于串口的調光臺燈的設計基于串口的調光臺燈的設計 設計要求：由設計要求：由PC機下發(fā)命令實現(xiàn)單片機機下發(fā)命令實現(xiàn)單片機PD5引腳輸出快速引腳輸出快速PWM波波控制的發(fā)光二極管分級由亮變暗再由暗變亮。控制的發(fā)光二極管分級由亮變暗再由暗變亮。 1. 當下發(fā)當下發(fā)A字符，實現(xiàn)發(fā)光二極管亮度下降一級；下發(fā)字符，實現(xiàn)發(fā)光二極管亮度下降一級；下發(fā)B字符，在上述亮度基礎上又下降一級；下發(fā)字符，在上述亮度基礎上又下降一級；下發(fā)

35、C字符字符，此時發(fā)光二極管亮度最暗。，此時發(fā)光二極管亮度最暗。 2. 當下發(fā)當下發(fā)a字符，在上述亮度基礎上實現(xiàn)發(fā)光二極管亮字符，在上述亮度基礎上實現(xiàn)發(fā)光二極管亮度提升一級；下發(fā)度提升一級；下發(fā)b字符，在前述亮度基礎上又提升一字符，在前述亮度基礎上又提升一級；下發(fā)級；下發(fā)c字符，此時發(fā)光二極管亮度最亮。字符，此時發(fā)光二極管亮度最亮。請在數(shù)碼管上顯示如下格式信息：請在數(shù)碼管上顯示如下格式信息：“A75”其中其中75表示表示當前的占空比值。當前的占空比值。E&C College AVR Training 2006Slide 30定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器直流電動機的工作原理直流電動機的工作

36、原理 若把電刷若把電刷A, B接到一直流電源上，電刷接到一直流電源上，電刷A接電源的正極，接電源的正極，電刷電刷B接電源的負極，此時在電樞線圈中將有電流流過。如下接電源的負極，此時在電樞線圈中將有電流流過。如下圖所示為直流電動機的簡化模型。圖所示為直流電動機的簡化模型。繞組線圈主磁極E&C College AVR Training 2006Slide 31定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器N SiabcdFFii+AB-n電動機模型 位于位于N N極下線圈極下線圈abab邊和邊和位于位于S S極下線圈的極下線圈的cdcd邊通以邊通以直流電流直流電流i i，若，若B B、i i在空間在空間相互

37、垂直，根據(jù)安培電磁相互垂直，根據(jù)安培電磁力定律力定律 電動機原理，由電動機原理，由左手定則左手定則確定可知，導體確定可知，導體中產生電磁力中產生電磁力F F的大小應：的大小應： F FBx Bx l li i 式中式中BxBx為導體所在處為導體所在處的磁通密度；的磁通密度；L L為導體為導體abab或或cdcd的有效長度，單位為的有效長度，單位為m m；i i為導體中流過的電流，單為導體中流過的電流，單位為位為A A；F F為電磁力，單位為電磁力，單位為為N N。直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理 E&C College AVR Training 2006Slide 32定時器與

38、計數(shù)器定時器與計數(shù)器 在圖在圖1.21.2（a a）的情況下，位于）的情況下，位于N N極下的導體極下的導體abab受力方向為受力方向為從右向左，而位于從右向左，而位于S S極下的導體極下的導體cdcd受力方向為從左向右。該電受力方向為從左向右。該電磁力與轉子半徑之積即為電磁轉矩，該轉矩的方向為逆時針磁力與轉子半徑之積即為電磁轉矩，該轉矩的方向為逆時針。當電磁轉矩大于阻轉矩時，線圈按逆時針方向旋轉當電磁轉矩大于阻轉矩時，線圈按逆時針方向旋轉。當電。當電樞旋轉到圖樞旋轉到圖1.21.2（b b）所示位置時，原位于）所示位置時，原位于S S極下的導體極下的導體cdcd轉到轉到N N極下，其受力方向

39、變?yōu)閺挠蚁蜃?；而原位于極下，其受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃?；而原位于N N極下的導體極下的導體abab轉到轉到S S極下，導體極下，導體abab受力方向變?yōu)閺淖笙蛴遥撧D矩的方向仍受力方向變?yōu)閺淖笙蛴?，該轉矩的方向仍為逆時針方向，線圈在此轉矩作用下繼續(xù)按逆時針方向旋轉為逆時針方向，線圈在此轉矩作用下繼續(xù)按逆時針方向旋轉。這樣雖然導體中流通的電流為交變的，但。這樣雖然導體中流通的電流為交變的，但N N極下的導體受力極下的導體受力方向和方向和S S極下導體所受力的方向并未發(fā)生變化，電動機在此方極下導體所受力的方向并未發(fā)生變化，電動機在此方向不變的轉矩作用下轉動。向不變的轉矩作用下轉動。電刷的作用是把直流電

40、變成線圈電刷的作用是把直流電變成線圈中的交變的電流。中的交變的電流。 電磁力電磁力F F的方向由兩個因素決定；的方向由兩個因素決定；1.1.導體中的電流方向，導體中的電流方向，2.2.氣隙磁場的極性。改變其中之一就可以改變電磁力氣隙磁場的極性。改變其中之一就可以改變電磁力F F的方向的方向。E&C College AVR Training 2006Slide 33定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器電機控制原理圖電機控制原理圖E&C College AVR Training 2006Slide 34定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器L298N雙雙H橋驅動芯片橋驅動芯片E&C Coll

41、ege AVR Training 2006Slide 35定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器模塊的接線模塊的接線E&C College AVR Training 2006Slide 36定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器電源和地的接線電源和地的接線E&C College AVR Training 2006Slide 37定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器其其他他信信號號接接線線E&C College AVR Training 2006Slide 38定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器 永磁式電機的控制，主要有電機的起停控制、方向控永磁式電機的控制，主要有電機的起停控制、方向控制、可變速度控制和

42、速度的穩(wěn)定控制。制、可變速度控制和速度的穩(wěn)定控制。 永磁式換流器直流電機永磁式換流器直流電機 PM DC MotorPM DC MotorE&C College AVR Training 2006Slide 39定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器雙向直流電機控制原理雙向直流電機控制原理E&C College AVR Training 2006Slide 40定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器電機控制與微處理器的接線電機控制與微處理器的接線E&C College AVR Training 2006Slide 41定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器左電機左電機PB3 PD4LA LB0 0

43、不轉不轉0 1 前轉前轉1 0 后轉后轉1 1 不轉不轉左左輪輪右右輪輪萬向滑輪萬向滑輪左左減減速速電電機機前方前方右右減減速速電電機機LA LBRA RB電機電機驅動驅動電路電路單片機單片機右電機右電機PD5 PD7RA RB0 0 不轉不轉0 1 前轉前轉1 0 后轉后轉1 1 不轉不轉單片機通過電機驅動電路控制小車運行方法單片機通過電機驅動電路控制小車運行方法PB3 PD4 PD5 PD70 1 0 1 前進前進1 0 1 0 后退后退1 1 0 1 右轉彎右轉彎0 1 1 1 左轉彎左轉彎小車的運動控制小車的運動控制E&C College AVR Training 2006Sl

44、ide 42定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器電機控制原理圖電機控制原理圖E&C College AVR Training 2006Slide 43定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器實訓：對小車進行前、后、左、右運動控制實訓：對小車進行前、后、左、右運動控制具體要求：請分別對小車進行前、后具體要求：請分別對小車進行前、后、左、右的勻速運動控制、左、右的勻速運動控制10ms。直接輸入直流信號實現(xiàn)。直接輸入直流信號實現(xiàn)。基本接線：基本接線：P13接接IN1、P34接接IN2、P35接接IN4、P37接接IN3E&C College AVR Training 2006Slide 44定時器與計數(shù)

45、器定時器與計數(shù)器實訓：基于串口命令控制的小車基本運動實訓：基于串口命令控制的小車基本運動具體要求：上位機通過串口下發(fā)具體要求：上位機通過串口下發(fā)f、b、l、r等命令分別控制等命令分別控制小車進行前、后、左、右的勻速運小車進行前、后、左、右的勻速運動。直接輸入直流信號實現(xiàn)。動。直接輸入直流信號實現(xiàn)?；窘泳€：基本接線：P13接接IN1、P34接接IN2、P35接接IN4、P37接接IN3E&C College AVR Training 2006Slide 45定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器實訓：對小車進行前、后、左、右運動控制實訓：對小車進行前、后、左、右運動控制具體要求：請分別對小車進行

46、前、具體要求：請分別對小車進行前、后、左、右的變速控制后、左、右的變速控制30ms。要。要求利用求利用PWM信號實現(xiàn)變速。信號實現(xiàn)變速?；窘泳€：基本接線：P13（PB3）接）接IN1、P34（PD4）接）接IN2、P35（PD5）接）接IN4、P37（PD7）接）接IN3E&C College AVR Training 2006Slide 46定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器PWM波輸出的控制波輸出的控制PB3(T0): TCCR0&=0XCF; 不輸出不輸出PWM波波 TCCR0|=0X20; 輸出輸出PWM波波PD4(T1B): TCCR1A&=0XCF; 不輸出不輸

47、出PWM波波 TCCR1A|=0X20; 輸出輸出PWM波波PD5(T1A):TCCR1A&=0X3F; 不輸出不輸出PWM波波 TCCR1A|=0X80; 輸出輸出PWM波波PD7(T2): TCCR2&=0XCF; 不輸出不輸出PWM波波 TCCR2|=0X20; 輸出輸出PWM波波E&C College AVR Training 2006Slide 47定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器通過電機驅動電路控制小車運行方法通過電機驅動電路控制小車運行方法P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P0.0（0有障礙）有障礙）0 1 0 1 前進前進 11 0 1 0 后退后退

48、01 1 0 1 左轉彎左轉彎0 1 1 1 右轉彎右轉彎探測探測障礙物障礙物30cm障礙實驗障礙實驗注:檢測到黑線輸出低電平左左輪輪右右輪輪萬向滑輪萬向滑輪左左減減速速電電機機前方前方右右減減速速電電機機LA LBRA RB電機電機驅動驅動電路電路單片機單片機E&C College AVR Training 2006Slide 48定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器實戰(zhàn)演練實戰(zhàn)演練 實訓實訓1：在理解直流電機工作原理的基礎上，實：在理解直流電機工作原理的基礎上，實現(xiàn)對直流電機的正、反轉控制?，F(xiàn)對直流電機的正、反轉控制。(MOTOR.C)E&C College AVR Trainin

49、g 2006Slide 49定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器綜合實訓綜合實訓1Practice采用定時器溢出中斷制作一個采用定時器溢出中斷制作一個250ms定時程序，從定時程序，從0開始每隔開始每隔250ms計數(shù)加計數(shù)加1一直到一直到9，要求在液晶上循環(huán)，要求在液晶上循環(huán)顯示。（顯示。（counter0_9.c）采用定時器比較中斷制作一個采用定時器比較中斷制作一個500ms定時程序，從定時程序，從0開始每隔開始每隔250ms計數(shù)加計數(shù)加1一直到一直到9，要求在液晶上循環(huán)，要求在液晶上循環(huán)顯示。（顯示。（cnt_com9.c）采用定時器中斷制作一個實用秒表，能實現(xiàn)采用定時器中斷制作一個實用秒表，能實

50、現(xiàn)1分鐘計分鐘計時報警（聲音或光）時報警（聲音或光）,要求在液晶上顯示要求在液晶上顯示.（second.c)采用定時器中斷制作一個采用定時器中斷制作一個24小時時鐘，要求在液晶上小時時鐘，要求在液晶上顯示。（顯示。（timer_h.c）E&C College AVR Training 2006Slide 50定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器綜合實訓綜合實訓2Practice采用定時器中斷制作一個實用秒表，能實現(xiàn)采用定時器中斷制作一個實用秒表，能實現(xiàn)1分鐘計分鐘計時報警，要求在數(shù)碼管上顯示。（時報警，要求在數(shù)碼管上顯示。（sec_seg.c）設計一個設計一個24小時時鐘，能通過鍵盤修改、設定

51、時間，小時時鐘，能通過鍵盤修改、設定時間，要求在液晶上顯示。（要求在液晶上顯示。（clock.c）E&C College AVR Training 2006Slide 51定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器8 8 位定時器位定時器/ /計數(shù)器計數(shù)器T/C0T/C0寄存器寄存器Timer0/Counter0 RegistersT/C0控制寄存器控制寄存器TCCR0（Timer/Counter Control Register）：E&C College AVR Training 2006Slide 52定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器快速快速PWMPWM模式時序圖模式時序圖單斜坡工作方式單斜

52、坡工作方式E&C College AVR Training 2006Slide 53定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器快速快速PWMPWM模式的工作機理模式的工作機理 快速快速PWMPWM模式可用來產生高頻的模式可用來產生高頻的PWMPWM波形?？焖俨ㄐ??？焖貾WMPWM模式模式與其他與其他PWMPWM模式的不同之處是其模式的不同之處是其單斜坡工作方式單斜坡工作方式。計數(shù)器從計數(shù)器從BOTTOMBOTTOM計到計到TOPTOP，然后立即回到，然后立即回到BOTTOMBOTTOM重新開始。重新開始。 對于對于正向比較輸出模式正向比較輸出模式，輸出比較引腳，輸出比較引腳OCnOCn在在TCNTn

53、TCNTn與與OCRnOCRn匹配時清零，在匹配時清零，在BOTTOMBOTTOM時置位時置位；對于；對于反向比較輸出模反向比較輸出模式式，OCnOCn的動作正好相反。的動作正好相反。 由于使用了單斜坡模式，快速由于使用了單斜坡模式，快速PWMPWM模式的工作頻率比使模式的工作頻率比使用雙斜坡的相位修正用雙斜坡的相位修正PWMPWM模式高一倍。此高頻操作特性使得模式高一倍。此高頻操作特性使得快速快速PWMPWM模式十分適合于模式十分適合于功率調節(jié)，整流和功率調節(jié)，整流和DACDAC應用應用。 注意：注意：OCR1x 寄存器為寄存器為極限值極限值時的情況：若時的情況：若OCR1x 等于等于BOT

54、TOM(0 x0000)，輸出為出現(xiàn)在第，輸出為出現(xiàn)在第TOP+1個定時器個定時器時鐘周期的窄脈沖；時鐘周期的窄脈沖；OCR1x為為TOP時，根據(jù)時，根據(jù)COM1x1:0 的的設定，輸出恒為高電平或低電平。設定，輸出恒為高電平或低電平。E&C College AVR Training 2006Slide 54定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器快速快速PWMPWM模式的工作機理模式的工作機理 對于對于TC0TC0和和TC2TC2定時器，定時器，快速快速PWM 模式模式的的PWMPWM精度精度固定為固定為8 8比特比特。 對于對于TC1TC1定時器，定時器，PWM 分辨率可固定為分辨率可固定為8

55、、9 或或10 位，位，也可由也可由ICR1 或或OCR1A定義。最小分辨率為定義。最小分辨率為2 比特比特(ICR1 或或OCR1A 設為設為 0 x0003)，最大分辨率為，最大分辨率為16 位位(ICR1或或OCR1A 設為設為TOP)。PWM 分辨率位數(shù)可用下式計算：分辨率位數(shù)可用下式計算： 工作于快速工作于快速PWM 模式時，計數(shù)器的數(shù)值一直累加到固模式時，計數(shù)器的數(shù)值一直累加到固定數(shù)值定數(shù)值0 x00FF、0 x01FF、0 x03FF(WGM13:0 = 5、 6 或或7)、ICR1 (WGM13:0 = 14) 或或OCR1A (WGM13:0 = 15)，然，然后在后面的一個

56、時鐘周期清零。后在后面的一個時鐘周期清零。E&C College AVR Training 2006Slide 55定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器 快速快速PWMPWM模式模式 Fast PWM占空比：正脈沖的持續(xù)時間與脈沖總周期的比值。占空比：正脈沖的持續(xù)時間與脈沖總周期的比值。特點：占空比可調。特點：占空比可調。單邊斜坡工作方式，單邊斜坡工作方式，定時器從零到頂。在定時器從零到頂。在Ocn腳輸出脈沖信號，輸出不需要程序干預。腳輸出脈沖信號，輸出不需要程序干預。 TC0,TC2下下輸出的輸出的PWM 頻率頻率的的公式公式如下如下： TC1下的公式為：下的公式為： 變量變量N 代表分頻因

57、子代表分頻因子 (1、 8、 64、256 或或1024)。E&C College AVR Training 2006Slide 56定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器實戰(zhàn)演練實戰(zhàn)演練4.設計從設計從PD5引腳輸出一個頻率為引腳輸出一個頻率為2k，占空比為，占空比為25的的脈沖序列波。要求產生分辨率為脈沖序列波。要求產生分辨率為8位的快速位的快速PWM波。波。選選fclk=4MHz，N分分=8，OCR=63E&C College AVR Training 2006Slide 57定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器相位頻率修正相位頻率修正PWMPWM模式模式特點：特點：相位準確，相位準確，占

58、空比可調。到底更新，輸出對稱，占空比可調。到底更新，輸出對稱，雙斜坡工作雙斜坡工作方式，方式，定時器從零到頂。再從頂計數(shù)到定時器從零到頂。再從頂計數(shù)到0。在。在Ocn腳輸出脈沖信號腳輸出脈沖信號， Ocn輸出不需要程序干預。輸出不需要程序干預。 輸出的輸出的PWM 頻率頻率的的公式公式如下如下：變量變量N 代表分頻因子代表分頻因子 (1、 8、 64、256 或或1024)。E&C College AVR Training 2006Slide 58定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器相位頻率修正相位頻率修正PWMPWM模式的工作機制模式的工作機制 與相位修正模式類似，相頻修正與相位修正模式類似

59、，相頻修正PWM 模式基于模式基于雙斜雙斜坡操作坡操作。計時器重復地從。計時器重復地從BOTTOM 計到計到TOP，然后又從，然后又從TOP 倒退回到倒退回到BOTTOM。在正向比較輸出模式下，。在正向比較輸出模式下，當計當計時器往時器往TOP計數(shù)時若計數(shù)時若TCNT1與與OCR1x匹配，匹配，OC1x將清零將清零為低電平；而在計時器往為低電平；而在計時器往BOTTOM計數(shù)時計數(shù)時TCNT1與與OCR1x匹配，匹配，OC1x將置位為高電平。將置位為高電平。工作于反向輸出比工作于反向輸出比較時則正好相反。與單斜坡操作相比，雙斜坡操作可獲得較時則正好相反。與單斜坡操作相比，雙斜坡操作可獲得的最大頻

60、率要小。但其對稱特性十分適合于的最大頻率要小。但其對稱特性十分適合于電機控制電機控制。 相頻修正相頻修正PWM 模式的模式的PWM 分辨率可由分辨率可由ICR1 或或OCR1A 定義。最小分辨率為定義。最小分辨率為2 比特比特(ICR1 或或OCR1A 設為設為 0 x0003)，最大分辨率為，最大分辨率為16 位位(ICR1 或或OCR1A 設為設為MAX)。E&C College AVR Training 2006Slide 59定時器與計數(shù)器定時器與計數(shù)器相位頻率修正相位頻率修正PWMPWM模式的工作機制模式的工作機制 PWM 分辨率位數(shù)可用下式計算：分辨率位數(shù)可用下式計算： 工作于相頻修正工作于相頻修正PWM模式時，計數(shù)器的數(shù)值一直累加模式時，計數(shù)器的數(shù)值一直累加到到ICR1 (WGM13:0 = 8) 或或OCR1A(WGM13:0 = 9)，然后改，然后改變計數(shù)方向。在一個定時器時鐘里變計數(shù)方向。在一個定時器時鐘里TCNT1值等于值等于TOP值。值。 相頻修正相頻修正PWM 模式與相位修正模式與相位修正PWM 模式的主要區(qū)別在模式的主要區(qū)別在于于OCR1x 寄存器的更新時間寄存器的更新時間. 相頻修正相頻修正PWM 模式生成的輸模式生成的輸出在所有的周期中均為對稱信號。這是由于出在所有的周期中均為對稱信號。這是由于OCR1x 在在