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九（8）实用的电机控制程序

上面我们虽然完成了用中断控制电机转动的程序，但实际上这个程序还是没多少实用价值的，我们不能每次想让它转动的时候都上下电啊，是吧。还有就是它不但能正转还得能反转啊，也就是说不但能转过去，还得能转回来呀。好吧，我们就来做一个实例程序吧，结合第 8 章的按键程序，我们设计这样一个功能程序：按数字键 1～9，控制电机转过 1～9 圈；配合上下键改变转动方向，按向上键后正向转 1～9 圈，向下键则反向转 1～9 圈；左键固定正转 90 度，右键固定反转 90；Esc 键终止转动。通过这个程序，我们也可以进一步体会到如何用按键来控制程序完成复杂的功能，以及控制和执行模块之间如何协调工作，而你的编程水平也可以在这样的实践练习中得到锻炼和提升。

 
  1. #include   
  2.   
  3. sbit KEY_IN_1 = P2^4;  
  4. sbit KEY_IN_2 = P2^5;  
  5. sbit KEY_IN_3 = P2^6;  
  6. sbit KEY_IN_4 = P2^7;  
  7. sbit KEY_OUT_1 = P2^3;  
  8. sbit KEY_OUT_2 = P2^2;  
  9. sbit KEY_OUT_3 = P2^1;  
  10. sbit KEY_OUT_4 = P2^0;  
  11.   
  12. unsigned char code KeyCodeMap[4][4] = { //矩阵按键编号到标准键盘键码的映射表  
  13.     { 0x31, 0x32, 0x33, 0x26 }, //数字键 1、数字键 2、数字键 3、向上键  
  14.     { 0x34, 0x35, 0x36, 0x25 }, //数字键 4、数字键 5、数字键 6、向左键  
  15.     { 0x37, 0x38, 0x39, 0x28 }, //数字键 7、数字键 8、数字键 9、向下键  
  16.     { 0x30, 0x1B, 0x0D, 0x27 } //数字键 0、ESC 键、 回车键、 向右键  
  17. };  
  18. unsigned char KeySta[4][4] = { //全部矩阵按键的当前状态  
  19.     {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}  
  20. };  
  21. signed long beats = 0; //电机转动节拍总数  
  22. void KeyDriver();  
  23.   
  24. void main(){  
  25.     EA = 1; //使能总中断  
  26.     TMOD = 0x01; //设置 T0 为模式 1  
  27.     TH0 = 0xFC; //为 T0 赋初值 0xFC67，定时 1ms  
  28.     TL0 = 0x67;  
  29.     ET0 = 1; //使能 T0 中断  
  30.     TR0 = 1; //启动 T0  
  31.      
  32.     while (1){  
  33.         KeyDriver(); //调用按键驱动函数  
  34.     }  
  35. }  
  36. /* 步进电机启动函数，angle-需转过的角度 */  
  37. void StartMotor(signed long angle){  
  38.     //在计算前关闭中断，完成后再打开，以避免中断打断计算过程而造成错误  
  39.     EA = 0;  
  40.     beats = (angle * 4076) / 360; //实测为 4076 拍转动一圈  
  41.     EA = 1;  
  42. }  
  43. /* 步进电机停止函数 */  
  44. void StopMotor(){  
  45.     EA = 0;  
  46.     beats = 0;  
  47.     EA = 1;  
  48. }  
  49. /* 按键动作函数，根据键码执行相应的操作，keycode-按键键码 */  
  50. void KeyAction(unsigned char keycode){  
  51.     static bit dirMotor = 0; //电机转动方向  
  52.     //控制电机转动 1-9 圈  
  53.     if ((keycode>=0x30) && (keycode<=0x39)){  
  54.         if (dirMotor == 0){  
  55.             StartMotor(360*(keycode-0x30));  
  56.         }else{  
  57.             StartMotor(-360*(keycode-0x30));  
  58.         }  
  59.     }else if (keycode == 0x26){ //向上键，控制转动方向为正转  
  60.         dirMotor = 0;  
  61.     }else if (keycode == 0x28){ //向下键，控制转动方向为反转  
  62.         dirMotor = 1;  
  63.     }else if (keycode == 0x25){ //向左键，固定正转 90 度  
  64.         StartMotor(90);  
  65.     }else if (keycode == 0x27){ //向右键，固定反转 90 度  
  66.         StartMotor(-90);  
  67.     }else if (keycode == 0x1B){ //Esc 键，停止转动  
  68.         StopMotor();  
  69.     }  
  70. }  
  71. /* 按键驱动函数，检测按键动作，调度相应动作函数，需在主循环中调用 */  
  72. void KeyDriver(){  
  73.     unsigned char i, j;  
  74.     static unsigned char backup[4][4] = { //按键值备份，保存前一次的值  
  75.         {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}  
  76.     };  
  77.      
  78.     for (i=0; i<4; i++){ //循环检测 4*4 的矩阵按键  
  79.         for (j=0; j<4; j++){  
  80.             if (backup[i][j] != KeySta[i][j]){ //检测按键动作  
  81.                 if (backup[i][j] != 0){ //按键按下时执行动作  
  82.                     KeyAction(KeyCodeMap[i][j]); //调用按键动作函数  
  83.                 }  
  84.                 backup[i][j] = KeySta[i][j]; //刷新前一次的备份值  
  85.             }  
  86.         }  
  87.     }  
  88. }  
  89. /* 按键扫描函数，需在定时中断中调用，推荐调用间隔 1ms */  
  90. void KeyScan(){  
  91.     unsigned char i;  
  92.     static unsigned char keyout = 0; //矩阵按键扫描输出索引  
  93.      
  94.     static unsigned char keybuf[4][4] = { //矩阵按键扫描缓冲区  
  95.         {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF},  
  96.         {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}  
  97.     };  
  98.      
  99.     //将一行的 4 个按键值移入缓冲区  
  100.     keybuf[keyout][0] = (keybuf[keyout][0] << 1) | KEY_IN_1;  
  101.     keybuf[keyout][1] = (keybuf[keyout][1] << 1) | KEY_IN_2;  
  102.     keybuf[keyout][2] = (keybuf[keyout][2] << 1) | KEY_IN_3;  
  103.     keybuf[keyout][3] = (keybuf[keyout][3] << 1) | KEY_IN_4;  
  104.     //消抖后更新按键状态  
  105.     for (i=0; i<4; i++){ //每行 4 个按键，所以循环 4 次  
  106.         if ((keybuf[keyout][i] & 0x0F) == 0x00){  
  107.             //连续 4 次扫描值为 0，即 4*4ms 内都是按下状态时，可认为按键已稳定的按下  
  108.             KeySta[keyout][i] = 0;  
  109.         }else if ((keybuf[keyout][i] & 0x0F) == 0x0F){  
  110.             //连续 4 次扫描值为 1，即 4*4ms 内都是弹起状态时，可认为按键已稳定的弹起  
  111.             KeySta[keyout][i] = 1;  
  112.         }  
  113.     }  
  114.     //执行下一次的扫描输出  
  115.     keyout++; //输出索引递增  
  116.     keyout = keyout & 0x03; //索引值加到 4 即归零  
  117.     //根据索引，释放当前输出引脚，拉低下次的输出引脚  
  118.     switch (keyout){  
  119.         case 0: KEY_OUT_4 = 1; KEY_OUT_1 = 0; break;  
  120.         case 1: KEY_OUT_1 = 1; KEY_OUT_2 = 0; break;  
  121.         case 2: KEY_OUT_2 = 1; KEY_OUT_3 = 0; break;  
  122.         case 3: KEY_OUT_3 = 1; KEY_OUT_4 = 0; break;  
  123.         default: break;  
  124.     }  
  125. }  
  126. /* 电机转动控制函数 */  
  127. void TurnMotor(){  
  128.     unsigned char tmp; //临时变量  
  129.     static unsigned char index = 0; //节拍输出索引  
  130.     unsigned char code BeatCode[8] = { //步进电机节拍对应的 IO 控制代码  
  131.         0xE, 0xC, 0xD, 0x9, 0xB, 0x3, 0x7, 0x6  
  132.     };  
  133.      
  134.     if (beats != 0){ //节拍数不为 0 则产生一个驱动节拍  
  135.         if (beats > 0){ //节拍数大于 0 时正转  
  136.             index++; //正转时节拍输出索引递增  
  137.             index = index & 0x07; //用&操作实现到 8 归零  
  138.             beats--; //正转时节拍计数递减  
  139.             }else{ //节拍数小于 0 时反转  
  140.             index--; //反转时节拍输出索引递减  
  141.             index = index & 0x07; //用&操作同样可以实现到-1 时归 7  
  142.             beats++; //反转时节拍计数递增  
  143.         }  
  144.         tmp = P1; //用 tmp 把 P1 口当前值暂存  
  145.         tmp = tmp & 0xF0; //用&操作清零低 4 位  
  146.         tmp = tmp | BeatCode[index]; //用|操作把节拍代码写到低 4 位  
  147.         P1 = tmp; //把低 4 位的节拍代码和高 4 位的原值送回 P1  
  148.     }else{ //节拍数为 0 则关闭电机所有的相  
  149.         P1 = P1 | 0x0F;  
  150.     }  
  151. }  
  152. /* T0 中断服务函数，用于按键扫描与电机转动控制 */  
  153. void InterruptTimer0() interrupt 1{  
  154.     static bit div = 0;  
  155.     TH0 = 0xFC; //重新加载初值  
  156.     TL0 = 0x67;  
  157.     KeyScan(); //执行按键扫描  
  158.     //用一个静态 bit 变量实现二分频，即 2ms 定时，用于控制电机  
  159.     div = ~div;  
  160.     if (div == 1){  
  161.         TurnMotor();  
  162.     }  
  163. }   

这个程序是第 8 章和本章知识的一个综合——用按键控制步进电机转动。程序中有这么几点值得注意，我们分述如下： 

  • 针对电机要完成正转和反转两个不同的操作，我们并没有使用正转启动函数和反转启动函数这么两个函数来完成，也没有在启动函数定义的时候增加一个形式参数来指明其方向。我们这里的启动函数 void StartMotor(signed long angle)与单向正转时的启动函数唯一的区别就是把形式参数 angle 的类型从 unsigned long 改为了 signed long，我们用有符号数固有的正负特性来区分正转与反转，正数表示正转 angle 度，负数就表示反转 angle 度，这样处理是不是很简洁又很明了呢？而你对有符号数和无符号数的区别用法是不是也更有体会了？
  • 针对终止电机转动的操作，我们定义了一个单独的 StopMotor 函数来完成，尽管这个函数非常简单，尽管它也只在 Esc 按键分支内被调用了，但我们仍然把它单独提出来作为了一个函数。而这种做法就是基于这样一条编程原则：尽可能用单独的函数来完成硬件的某种操作，当一个硬件包含多个操作时，把这些操作函数组织在一起，形成一个对上层的统一接口。这样的层次化处理，会使得整个程序条理清晰，既有利于程序的调试维护，又有利于功能的扩充。
  • 中断函数中要处理按键扫描和电机驱动两件事情，而为了避免中断函数过于复杂，我们就又分出了按键扫描和电机驱动两个函数（这也同样符合上述 2 的编程原则），而中断函数的逻辑就变得简洁而清晰了。这里还有个矛盾，就是按键扫描我们选择的定时时间是 1ms，而本章之前的实例中电机节拍持续时间都是 2ms；很显然，用 1ms 的定时可以定出 2ms 的间隔，而用 2ms 的定时却得不到准确的 1ms 间隔；所以我们的做法就是，定时器依然定时 1ms，然后用一个 bit 变量做标志，每 1ms 改变一次它的值，而我们只选择值为 1 的时候执行一次动作，这样就是 2ms 的间隔了；如果我要 3ms、4ms„„呢，把 bit 改为 char 或 int 型，然后对它们递增，判断到哪个值该归零，就可以了。这就是在硬件定时器的基础上实现准确的软件定时，其实类似的操作我们在讲数码管的时候也用过了，回想一下吧。
永不止步步 发表于01-29 09:50 浏览65535次
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