掌上单片机实验室 - 实现运动功能（10）

一、背景

        前面已完成了硬件激活、编程环境选择、软件框架构建，并且基于软件框架尝试了基于 RTOS 编程，为在此软硬件环境下学习单片机编程做了充分的准备。

        从本篇开始，开始以其为载体，一步步完善其功能、性能，并基于其具备的能力去完成一些有趣的任务，在这个过程中，逐步掌握用单片机解决实际问题的技能。

        掌上单片机实验室实质是一个小车，小车可以衍生出丰富的学习素材。

        首先，让其按照需要运动就涉及到很多内容，如：直流电机驱动、运动反馈、PID调速、堵转保护等，以及两轮差分驱动方式下的直线行走，需要用到很多单片机知识。

        在这些完成后，还可以基于其可动性，去设计、完成一些有趣的任务，如按特定轨迹行走、避障、“搬运”物体等，这些又将蕴含很多学习素材，可以外延到更多的知识范畴。

        可以说，小车是一道有丰富发挥空间的单片机学习应用题。

        既然是小车，第一步就要使其按需运动，本篇就着手实现此功能。

二、需求

        因小车是作为学习平台，考虑到学习成本，使用的是最便宜的130直流电机，性能较低，用 PWM 调功方式很难得到期望的转速，阻力稍有变化将会改变转速。为使小车能按需要行走，控制车轮转速是必须的。

        而控制转速首先需要测速！同样由于成本原因，小车码盘是在轮毂上直接做的，只有60齿，分辨率太低，尤其是用于PID调速时，计算周期如果设计为20ms，最快时才几个脉冲，无法满足计算需求，因此需要通过算法提高测速分辨率。

        综合而言，驱动小车运动的需求如下：

        1、可以方便的驱动电机

        2、可实现满足调速要求的测速

        3、可控制车轮转速

        4、可控制车轮行走距离

三、设计

3.1 驱动任务构思

        前面虽然实现了电机的驱动，能让小车动起来，但那个只是为了硬件测试，功能设计比较简单。

        此处要实现的驱动是为了满足后续小车的行为可控，能根据需要完成相应的轨迹运动，速度、距离可控，能完善、可靠的执行相应的操作命令，且易于和其它任务交互，协同实现期望的功能。

        按面向对象的思路，拟将两个车轮的驱动作为对象，将小车运动的相关功能均纳入，以其为基础构建一个任务：驱动任务。

        驱动任务应包含：

        1）电机驱动

        2）测速

        3）调速

        4）距离控制

        5）左、右轮配合实现运动轨迹控制

        6）电机驱动保护

        7）当前电机工作状态反馈

        上述功能的罗列顺序是基于相互依存关系的，按上述顺序实现各个功能，驱动任务应能满足需求。

        因为要驱动两个电机，功能一样，故考虑使用类方式实现电机驱动相关功能，以简化编程。

3.2 电机驱动

        电机驱动在前面做测试任务时已经完成，此处从实际使用角度再优化一下即可。

        电机驱动电路支持电机的4个工作状态：前进、后退、惰行、刹车。

        前进、后退不难理解，惰行和刹车需要说明一下：

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