HNU-嵌入式系统-实验一

原创已于 2024-12-16 17:56:42 修改 · 1.2k 阅读

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#51单片机 #单片机 #物联网 #c#

于 2024-11-16 23:28:32 首次发布

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一、实验目标

学习软件设计的层次化抽象方法并实践；
实验具体目标：以简单“无人驾驶汽车”应用场景为例，设计具有同时控制三个步进功能的程序模块（分别对应“转向”、“刹车”、“油门”控制），该模块能提供适当的 API 函数（一个或多个），方便应用层程序调用编写控制电机程序；
获取通过查阅手册解决实际问题的能力。

二、实验内容

自行查找资料，学习并熟悉四线步进电机控制方法（以
28BYJ-48 型步进电机为例）；
阅读所提供的 displayer 模块参考源程序和其 API 函数设计方法， 规划构造控制三个步进电机程序模块的 API 函数（一个或多个函数）。三个步进电机分别假设为： SM 接口（可以 LED灯模拟，测试时应接 1 个真实步进电机）、 8 个 LED 指示灯（假设为另外 2 个步进电机控制接口（模拟））；
（可以基于原 StepMotor 定义进行功能扩充）从模块的初始化程序、后台服务程序（即，驱动）、应用层接口 API 函数三个层次设计该模块对应程序， 最终实现（个人所规划的） API 函数，并验证 API 函数的正确性。（所编写的程序模块可根据需要，加载到模板任何模块上，如各种回调函数或主函数中，不硬性要求按模板方式封装，比如说，可以将步进电机与导航键结合起来，导航键的调用可自行实现；当然如果实现了模板方式封装，有加分）。
注意：本次实验不可使用小学期中应用的 BSP 。

三、具体实现

（一）最终实现功能如下：

（1）按键：

按下key1–>步进电机转向
按下key–>使步进电机加速使车加速
按下key–>让步进电机停下刹车

（2）导航键：

持续向上–>使步进电机不断增加转动速度/开始转动使车子平滑加速/启动车子
持续向下–>使步进电机不断减小转动速度使车子平滑减速直到停下
数码管能实时显示速度大小。

（二）工程模块化

在这里插入图片描述

1.首先是核心步进电机模块（StepMotor）

(1)使用 Motor 结构体定义了三个电机对象：motor1、motor2 和 motor3（步进电机2和3就是用led0~7进行模拟，我实现了代码，但结果展示时就不展示了，只展示真实的步进电机1）。
在这里插入图片描述

（后续要改变步进电机的状态，就只需要改变这些参数就行）
(2)初始化程序：StepMotorInit() 函数用于初始化电机1、2、3。电机1通过引脚 S1 到 S4 控制，电机2、3通过LED引脚 LED1 到 LED8 模拟控制。
在这里插入图片描述

(3)驱动程序：StepMotorDrv() 函数根据 Motor 结构体的状态驱动步进电机或LED模拟电机。通过检查 motor->direction 决定电机的转动方向，motor->speed 控制电机的速度，motor->steps 决定每次的步数。通过 delay_time = 255 / speed 来控制延迟，从而控制步进电机的转速。驱动逻辑根据电机方向分别设置对应的引脚高低电平，产生步进信号，从而控制电机的转动。
核心代码如下：
在这里插入图片描述

（只截取了步进电机1“正向转动”时候的部分）
(4)API程序：
在这里插入图片描述

2.先完成对数码管的控制

(1)定义结构体及模块初始化程序（DisplayerInit()）

在这里插入图片描述

（1）要使图2的使能信号E3置为1，而E3信号在图3中，则要使P2.3为0才能让E3为1。
（2） P0.0~0.7置为1，点亮数码管（见图1）
（3）设置工作模式为推挽模式（见图4）。
在这里插入图片描述

(2)硬件驱动程序（myDrvDisplayer()）
该函数是动态扫描的核心驱动程序，用来逐位点亮数码管。它每次调用只更新一个数码管的显示内容。
在这里插入图片描述

所以后续要实现动态显示数码管，就用定时器0（后面实现）的中断函数调用myDrvDisplayer()函数，例如每毫秒逐次显示一个数，给人的感官就是每个数码管都在显示

3.要实现按键、导航键来控制这些参数如方向，速度，步数进一步控制步进电机的状态。

(1)实现了按键检测功能并基于按键的输入控制步进电机的方向、速度和刹车功能。代码的主要部分是按键检测函数 key() 和按键事件处理函数 EventKey()。
在这里插入图片描述

这个EventKey()函数也会在后续定时器0的中断函数里调用，保证每1ms检测一次是否有按键按下。
(2)实现了一个基于ADC（模数转换）的应用，用于监测导航键AD值变化并控制步进电机的动作。每次ADC转换完成时触发中断，处理AD值并通过一定的防抖逻辑防止抖动。整个设计目标是基于AD输入的变化来调整步进电机的速度和步数
首先对ADC模数转换器有关的寄存器进行初始化设置，并且将控制P1.7口的寄存器“打开”
在这里插入图片描述

下面是ADC中断处理函数，这里是对ADC转换后的数字信号进行1000次采集，并对其进行防抖操作，最后得到的数字信号的高三位存储在uiAdHigh3中，对其进行switch判断执行相应的操作。
在这里插入图片描述

其中导航按键对应产生的数字信号如下：
在这里插入图片描述

说明一下我的执行功能：
Case 0是按下key3键（这里有个小插曲，我是先实现的按键控制，后实现的导航键（没有对case0执行功能），写完这个后测试单片机，发现之前按下key3键不起作用（没有让步进电机停止转动），后来查资料才知道当用ADC将P1.7口作为模拟输入时，我们是不能检测其数字信号的）：让其步数=0（steps=0）让步进电机“刹车”
Case 5是导航键向上：