PCM开发板模块实验指导--有刷直流马达速度位置控制实验

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44---有刷直流马达速度位置控制实验：

硬件需求：PC机，PCM模块一个，microUSB线，L298N_电机驱动模块,12V/1A直流

电源，有刷直流电机1个，导线若干；

软件需求：PCM编译软件，app软件NeTorch TCP & UDP；

供电方式：12V电源供电给电机驱动模块，电机驱动模块输出的5V给PCM模块供 电；

连接电路：如图67

图67 有刷直流马达速度位置控制实验电路

图68 正交旋转编码器波形图

PCM模块有4个有刷直流马达控制通道，分别为马达1（A0，B0），马达2（A1，

B1），马达3（A2，B2），马达4（A3，B3）. L298N_电机驱动模块可以同时驱动2个

马达。本实验使用A0,B0控制1个马达。

本实验使用的是一个小型直流减速马达，减速比为1:20.41。马达接了一个正交旋转

编码器，11线，即旋转一圈有11个脉冲输出，所以马达输出轴转一周就是

11*20.41=224.51个脉冲。

编码器有AB相输出，输出波形如图68所示。AB波形都是50%占空比的脉冲波形，2

个波形相位相差90度。利用这个特性，我们这样来判断正反向：当A相波形在上升沿

时，判断B相波形电平，如果为低电平，表示正转；如果为高电平，表示反转。

根据正交旋转编码器的这个特性，电路上，我们把A相接模块SIG0引脚，B相接模

块CTR0引脚。使用脉冲计数指令的运行模式4，如下表2：当SIG0出现上升沿，且CTR0

为低电平时，脉冲计数加1；当SIG0出现上升沿，且CTR0为高电平时，脉冲计数减1；

所以计数值就代表了马达当前的位置。

运行模式	ctr=0		ctr=1
运行模式	上升沿	下降沿	上升沿	下降沿
4	+	N	-	N

表2 脉冲计数运行模式4

编程思路：

设置脉冲计数的最大值中断，值为30000个脉冲，即脉冲正方向计数达到30000个

脉冲时会执行中断程序；设置脉冲计数的最小值中断，值为-30000个脉冲，即脉冲反方

向计数达到30000个脉冲时会执行中断程序；在中断程序中判断是最大值中断还是最小

值中断，并使用一个寄存器作为累加计数。

设置马达的PWM频率为10Khz.设置好PID的Kp,Ki,Kd值，此值要根据实际情况调

试。

使用一个定时器，设置为周期性定时，定时周期为0.001秒。在定时中断程序中读

取脉冲计数值，用此值减去上一个周期读取的脉冲值，差值就是一个周期马达移动的位

置，然后再除以周期值0.001秒，就是马达运行的速度。马达的运行位置及速度都有了，

使用2个pid指令，分别控制位置及速度就可以实现马达的位置及速度的闭环控制。

图69为手机端APP网络调试助手截图，采用HEX模式发送数据，数据的发送方式

是：速度，位置，速度，位置。。。；图示发送的是01 14 02 00 03 28 04 00共8个字

节，第一个字节01表示速度是1圈每秒，第二个字节14表示马达要转到第20圈，第3个字

节02表示速度是2圈每秒，第4个字节00表示马达要转到原点位置，第5个字节03表示速

度是3圈每秒，第6个字节28表示马达要转到第40圈位置，第7个字节04表示速度是4圈每

秒，第8个字节00表示马达又转回到原点位置，

实验程序如下：

1 intpro int1 //定时器中断程序,定时周期0.001秒

2 pcntread 0 D3 //读通道0的计数值到D3寄存器

3 mul d4 d8 d5 //d5=d4*d8=d4*30000,脉冲计数最大值是d8=30000,d4是记录了几

//个最大值

4 add d5 d3 d5 //d5=d5+d3,加上当前脉冲计数值

5 mov d5 f0 //计数脉冲转换成浮点数

6 div f0 f101 f2 //计算马达当前位置f2=f0/f101，脉冲数/224.51=圈数，

7 pidrun 0 f2 f81 f85 //pid0运算，f2实际位置，f81设定位置,f85为pid输出

8 if f85 > f86 // 限幅，f86为正转最大位置

9 mov f86 f85 //大于正转最大位置，就使用最大位置

10 elif f85 < f87 // 限幅，f87为反转最大位置

11 mov f87 f85 //小于反转最大位置，就使用最大位置

12 endif

13 sub f2 f3 f4 //计算一个周期的差值，f3为上周期的位置

14 div f4 f82 f5 //计算速度。f5=f4/f82,圈数/更新周期(0.001秒)=圈数/秒，

15 mov f2 f3 //保存当前位置到F3

16 pidrun 1 f5 f85 f84 //pid1运算，f5实际速度，f85设定速度,f84为pid输出

17 if f84 > 100 //限制占空比最大为100%，正转

18 mov 100 f84 //超过100，存入100

19 elif f84 < -100 //限制占空比最大为-100%，反转

20 mov -100 f84 //小于-100，存入-100

21 endif

22 brushmotomove 0 f84 //马达启动0，占空比为F84,改变占空比就可以改变马达速

//度

23 if d64 > 0 //D64大于0，表示正转

24 if f2 >= f81 //如果当前位置大于等于设定位置，准备调用下一组设定值

25 if d63 < d60 //计数小于设定组数

26 call sdsub //调用速度位置提取子程序

27 call pidsub //调用pid重新初始化子程序

28 endif

29 endif

30 else //D64=0，表示反转

31 if f2 <= f81 //反转，如果当前位置小于等于设定位置，准备调用下一组设定

//值

32 if d63 < d60 //计数小于设定组数

33 call sdsub //调用速度位置提取子程序

34 call pidsub //调用pid重新初始化子程序

35 endif

36 endif

37 endif

38 endint

39 intpro int0 //脉冲计数中断程序，30000个脉冲周期

40 if d2 = 8 //最大值中断

41 inc d4 //脉冲计数达到最大值30000个脉冲，把d4加1

42 elif d2 = 4 //最小值中断

43 dec d4 //脉冲计数达到最小值-30000个脉冲，把d4减1

44 endif

45 endint

46 intpro wifi //WIFI站点连接中断程序

47 prints "wifi station connect\r\n" //串口输出有站点连接的信息

48 endint

49 intpro tcpserverint //有TCP客户端连接中断

//初始化TCP服务器接收数据指令，D10为客户端连接序列号，接收的数据起始寄存

//器地址为D11; 接收的字节数存入D60;接收数据后S4置位，会执行tcpserverrecv中

//断程序

50 tcpserverrecv d10 d11 d60 s4

51 endint

52 subpro sdsub //速度位置提取子程序

//读取字节，把D11开始的D63位置的字节保存到D61寄存器，D63为偶数，读取的

//是速度值

53 rbyte d11 d61 d63

54 mov d61 f86 //把设定的速度转换成浮点数。单位：圈/秒，

55 sub 0 f86 f87 //保存反转最大速度为负数

56 inc d63 //计数加1

//读取字节，把D11开始的D63位置的字节保存到D61寄存器，D63为奇数，读取的

//是位置值

57 rbyte d11 d61 d63

58 mov d61 f81 //马达位置转换成浮点数。单位：圈

59 if f81 >= f2 //f2为当前马达位置,f81为设定马达位置，如果设定位置大于当前位

//置，马达正转

60 mov 1 d64 //D64置1，表示正转

61 else

62 mov 0 d64 //否则D64清零，表示反转

63 endif

64 inc d63 //计数加1

65 endsub

66 subpro pidsub //pid重新初始化子程序

//以下3个公式主要是计算pid0和1的kp值，原则就是设定速度越大，kp越小。

67 div 50 f86 f10 //f10=50/f86,f86是设定马达速度，设定速度越大f10越小

68 add 20 f10 f90 //f90=20+f10,kp给一个最小值加上f10值

69 mov f90 f93 // f93是pid1的kp,使2个pid的kp值相同

//以下2个公式主要是计算pid1的ki值，原则就是设定速度越大，ki越小。

70 div 1 f86 f10 //f10=1/f86,f86是设定马达速度，设定速度越大f10越小

71 add 0.1 f10 f94 //f94=0.1+f10,ki给一个最小值加上f10值

72 pidinit 0 f90 f91 f92 f82 //pid0初始化，f90为kp根据速度计算;f91为ki=0;

//f92为kd=0;f82为更新周期

73 pidinit 1 f93 f94 f95 f82 //pid1初始化，f93为kp根据速度计算;f94为ki根据速度计

//算;f95为kd=0;f82为更新周期

74 endsub

75 intpro tcpserverrecv //TCP服务器接收到客户端发送的数据产生中断

/*这里使用的是手机客户端网络调试助手，16进制HEX发送方式，模块接收到的数

据存放在D11开始寄存器，字节数在D60寄存器发送格式是(字节顺序)：速度值

(圈/秒)+位置(圈)+速度值(圈/秒)+位置(圈)+......

76 div d60 2 d60 //2个字节对齐，必须发送偶数个字节，字节顺序：速度值

//(圈/秒)+位置(圈)

77 mul d60 2 d60

78 if d60 //d60大于0，表示正常接收到数据

79 mov 0 d63 //计数清零

80 call sdsub //调用速度位置提取子程序

81 call pidsub //调用pid重新初始化子程序

82 timestart 0 0 1000 //启动定时器0，定时周期0.001S，

83 endif

84 endint

85 main //主程序

86 intinit s2 wifi //初始化wifi站点连接中断

87 wifiap "PCM" "12345678" s2 //初始化模块为WIFI热点，wifi名：PCM;

//密码：12345678；当有站点连接时会置位S2,产生中断

88 intinit s3 tcpserverint //初始化TCP服务器连接中断

89 intinit s4 tcpserverrecv //初始化TCP服务器接收数据中断

//初始化模块为TCP服务器，端口号为8000,D10保存客户端连接序列号，当有客户

//端连接时会把 S3 置位，执行tcpserverint中断程序

90 tcpserver 8000 d10 s3

/*马达位置PID设定,kp,ki,kd需要根据实际调试情况设定*/

91 mov 30.0 f90 //kp,f90=0.3

92 mov 0.0 f91 //ki,f91=0

93 mov 0 f92 //kd,f92=0.15

/*马达速度PID设定,kp,ki,kd需要根据实际调试情况设定*/

94 mov 30.0 f93 //kp,f93=0.3

95 mov 0.0 f94 //ki,f94=0

96 mov 0 f95 //kd,f95=0.15

97 mov 0 f81 //f81为马达位置设定值，单位：圈

98 mov 9 f86 //初始化马达正转最大速度

99 sub 0 f86 f87 //初始化马达反转最大速度

100 mov 224.51 f101 //编码器一圈11个脉冲，减速比20.41，马达转一圈224.51个

//脉冲

101 mov 0.001 f82 //pid运算的更新周期为0.001S

102 pidinit 0 f90 f91 f92 f82 //pid0初始化，f90为kp根据速度计算;f91为ki=0;

//f92为kd=0;f82为更新周期

103 pidinit 1 f93 f94 f95 f82 //pid1初始化，f93为kp根据速度计算;f94为ki根据速度计

//算;f95为kd=0;f82为更新周期

/*有刷马达初始化*/

104 brushmoto 0 10000 //马达0初始化,pwm频率为10KHZ

105 mov 0 d4 //脉冲计数周期清零

106 mov 30000 d8 //设置最大值中断值为d8=30000个脉冲

107 intinit s0 int0 //中断初始化，当脉冲计数达到最大值时，s0置位，执行int0中断

//程序

/*初始化计数通道0，运行模式4，当CTR0脚是低电平时，SIG0接收到上升

沿，就加计数。当CTR0脚是高电平时，SIG0接收到上升沿，就减计数。

当产生中断时，S0置位，并且把中断状态值保存到D2寄存器

108 pcntinit 0 4 D2 S0

//通道0，3表示设置最大值，最大值为d8=30000个脉冲，注意脉冲计数最大值为

//32767，设置值不要超过这个值

109 pcntsetval 0 2 -30000

110 pcntsetval 0 3 d8

111 pcntint 0 //开启通道0中断

112 intinit s1 int1 //中断初始化，当定时时间达到0.001S时，s1置位，执行int1中断

//程序

113 time 0 0 s1 //定时器0初始化为周期性定时器，定时时间到后S1会置1

114 pcntstart 0 //脉冲计数通道0开始计数

115 while 1 //无限循环

116 endwhile

117 endmain

程序中第1-38行为定时器定时中断程序，定时周期为1ms,在中断程序读取编码器的

计数值，计算马达速度及位置，然后使用速度PID运行和位置PID运算控制马达的以指定

的最大速度到达指定位置，位置单位为圈，速度单位为圈每秒；

第2-6行，读取编码器的计数脉冲，并计算马达当前的位置，单位为圈；

第7-12行，位置PID运算，使用当前位置与设定位置做PID运算，此PID输出作为后

面速度PID的设定值，所以位置PID与速度PID是做串级运算，先计算位置然后再计算速

度，所以位置PID输出的限幅为设定速度的最大最小值；

第13-22行，计算马达的速度，即把当前计算脉冲减去上周期的计数脉冲，然后除

以定时周期，即为马达的速度，单位圈每秒，此速度与位置PID的输出做PID运算，输出

即为控制马达速度的占空比值，此值再做+-100占空比的限幅，最后使用此值给马达移动

指令控制马达的旋转；

第23-37行，先判断马达是正转还是反转，然后再判断马达有没有到达设定位置，

如果到达指定位置，就读取下一组设定参数，参数规定为2个字节，第1字节为位置，单

位圈，第2个字节为速度，单位圈每秒，可以一次性设定多组数据，当马达到达一个位置

后，接着开始运行到下一个位置，直到所有设定位置运行完毕。下图69，就是一次性设

定了4个位置；

第39-45行，为脉冲计数中断程序，在主程序初始化的时候已经开启最大值与最小

值中断，最大值设定为30000个脉冲，最小值为-30000个脉冲，程序中先判断是最大值

中断还是最小值中断，如果为最大值中断，就把D4加1，如果为最小值中断，就把D4减

1；

第46-48行，WIFI站点连接中断程序，当有站点连接到本机时，输出提示信息；

第49-51行，TCP客户端连接中断程序，当有TCP客户端连接到本机时，执行此程

序，程序中初始化TCP服务器接收数据功能，并开启了中断，开启中断是在主程序中已

经初始化的；

第52-65行，为速度位置提前子程序，此程序把手机端发送过来的数据分解成速

度，位置值，并保存到相应寄存器中，每组速度位置用2字节表示，第1字节为速度，第2

字节表示位置，所以在手机端要发送偶数个字节，如果发送的是奇数字节，最后一个字

节会被舍弃。

第66-74行，为PID重新初始化子程序，本实验马达在不同的速度和位置运行时，使

用不同的PID参数，这个是要根据实际情况进行调试的，总体原则是速度越大，KP,KI值

越小；

第75-84行，TCP服务器接收数据中断程序，此程序接收TCP客户端发送过来的数

据，本实验使用的是手机上的网络调试助手。程序对接收的数据进行提取，2个字节一组

数据，第1字节代表速度，第2字节代表位置，依次类推。然后调用PID初始化子程序，

最后启动定时器，定时周期1ms,定时器启动后，马达就开始根据设定速度及位置开始运

行;

第85-117行，为主程序，主程序做一些初始化的工作；

第86-90行，初始化WIFI热点，开启TCP服务器连接中断，TCP服务器接收数据中

断，并初始化本机为TCP服务器；

第91-93行，马达位置PID参数设置；

第94-96行，马达速度PID参数设置；

第97-101行，马达位置寄存器初始化，正反转最大速度初始化，设定编码器转一圈

的脉冲数，本实验编码器转一圈的脉冲数为224.51（因为使用的是减速马达，减速比为

20.41，编码器一圈实际是11个脉冲），初始化定时周期寄存器为0.001，即1ms;

第102,103行，PID通道0,1初始化；

第104行，初始化有刷马达通道0，PWM频率为10KHz;

第105-111行，初始化脉冲计数通道0，运行模式4，开启最大值最小值中断，最大

值为30000，最小值为-30000；

第112,113行，初始化定时器0为周期性定时器，定时周期1ms,并开启中断;

第114行，启动脉冲计数通道0开始计数；

下图69为手机端网络调试助手发送的数据（16进制数据）：01 14 02 00 03 28 04

00，第1字节01表示马达运行速度为1圈每秒，第2个字节14表示马达运行20圈，当马达

运行到20圈时，调用第3,4字节，第3节02表示速度为2圈每秒，第4字节00表示马达运行

到0圈的位置，即马达回到起始位置，当马达回到起始位置后，调用第5,6字节，第5字节

03表示速度为3圈每秒，第6字节28表示马达运行到40圈的位置，当马达运行到40圈位置

后，调用第7,8字节，第7字节04表示速度为4圈每秒，第8字节00表示马达运行到0圈位

置，实际上就是又回到起始位置。

这8个字节数据，马达以不同的速度，运行到指定位置，总共运行了4次。

图69 手机端APP网络调试助手

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