C语言模块化编程思维以及直流电机控制（第四天）

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👨‍💻 收录于专栏 ：C语言到基于STM32 的智能矿探小车

文章目录

- ⭐前言⭐
- 🎶一、模块化编程思维
- 🎶二、直流电机
- - [2.1 电机驱动模块](#2.1 电机驱动模块)
- 🎶三、小车运动控制代码实现
- - [3.1 小车控制函数（`car.c`/`car.h`）](#3.1 小车控制函数（car.c/car.h）)
  - [3.2 程序下载与运行设置](#3.2 程序下载与运行设置)
  - [3.3 速度控制](#3.3 速度控制)
  - - 结束语🥇

⭐前言⭐

今天是实习培训的新一天，学习聚焦于模块化编程思维以及直流电机控制相关知识，包括电机驱动模块的使用、小车运动控制代码的实现以及PWM技术在速度调节中的应用，为后续智能矿探小车的开发进一步夯实基础。

🎶一、模块化编程思维

模块化编程是按照不同功能将程序拆分为对应的源文件（.c）和头文件（.h），以提高代码的可维护性和复用性。

源文件（.c） ：用于保存函数接口的具体实现。
例如led.c：

c 复制代码

void led_init(void)
{
  // 初始化LED的具体代码
}
void led_ctrl(...)
{
  // 控制LED的具体代码
}

c 复制代码

#include "led.h"
#include "stm32f4xx.h"

void LED_Init(void)
{
    // 使能GPIOF和GPIOE外设时钟
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF | RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);
    
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    
    // 配置GPIOF的LED引脚（D1、D2）
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStruct);
    
    // 配置GPIOE的LED引脚（D3、D4）
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14;
    GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStruct);
    
    // 默认关闭所有LED
    GPIO_SetBits(GPIOF, GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10);
    GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14);
}

void LED_Control(LEDNUM led_num, LEDSTA state)
{
    switch(led_num)
    {
        case LED_D1:
            if(state == LED_ON)
                GPIO_ResetBits(GPIOF, GPIO_Pin_9);
            else
                GPIO_SetBits(GPIOF, GPIO_Pin_9);
            break;
            
        case LED_D2:
            if(state == LED_ON)
                GPIO_ResetBits(GPIOF, GPIO_Pin_10);
            else
                GPIO_SetBits(GPIOF, GPIO_Pin_10);
            break;
            
        case LED_D3:
            if(state == LED_ON)
                GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_13);
            else
                GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_13);
            break;
            
        case LED_D4:
            if(state == LED_ON)
                GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_14);
            else
                GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_14);
            break;
    }
}

头文件（.h） ：用于保存函数声明、构造类型定义、全局变量声明等，且需添加防止重复包含的预处理指令。
例如led.h：

c 复制代码

#ifndef _LED_H  // 如果未定义_LED_H
#define _LED_H  // 定义_LED_H，防止头文件重复包含

// 函数声明
void led_init(void);
void led_ctrl(...);

// 全局变量声明
// 构造类型定义

#endif

c 复制代码

#ifndef _LED_H
#define _LED_H

#include <stdint.h>  // 添加此头文件以使用uint8_t

typedef enum {
    LED_D1,
    LED_D2,
    LED_D3,
    LED_D4
} LEDNUM;

typedef enum {
    LED_OFF,
    LED_ON
} LEDSTA;

void LED_Init(void);
void LED_Control(LEDNUM led_num, LEDSTA state);

#endif

常见模块示例 ：
- delay.c/delay.h：实现延时功能，如void delay_ms(uint16_t nms);（毫秒级延时）、void delay_us(uint16_t us);（微秒级延时）。

🎶二、直流电机

2.1 电机驱动模块

接线说明：
- 两个绿色端子：直接连接直流电机。
- 6个排针：
  - VCC：接5V或3.3V（5V驱动时小车力度大，状态改变较难；3.3V驱动时力度小，状态改变相对容易）。
  - GND：接GND（注意正负极不可接反）。
  - 控制引脚：B-1A、B-1B用于控制一个电机，A-1A、A-1B用于控制另一个电机，具体对应哪个电机需看实物绿色端子的连接。以下是本次实训所用驱动电路板。
    
    引脚依次是：B-1A、B-1B、GND、VCC、A-1A、A-1B
电机转动原理：直流电机由两个引脚驱动，当两个引脚电平状态不同时电机转动。
- 假设B-1A为高电平、B-1B为低电平时，电机向前转动；则B-1A为低电平、B-1B为高电平时，电机向后转动。
- 当B-1A和B-1B均为低电平或均为高电平时，电机停止转动。
可用GPIO引脚 ：在CAMERA处有部分GPIO引脚可用于连接控制，如2脚（GND）、4脚（PD6）、6脚、8脚、10脚...1脚（3V3）、3脚（PB7）、5脚、7脚、9脚...根据原理图（GEC-M4原理图2016-07-29.pdf）可得：

🎶三、小车运动控制代码实现

3.1 小车控制函数（`car.c`/`car.h`）

小车初始化函数：

c 复制代码

 
  void car_Init(void)
{
   //1.时钟使能
   RCC_AHB1PeriphClockCmd( RCC_AHB1Periph_GPIOB | RCC_AHB1Periph_GPIOD , ENABLE);
   		
   //2.初始化GPIO ---> 推挽输出模式 
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
   
   GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
   GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
   GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
   GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
   GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);
   
   // 配置GPIOE的LED引脚
   GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7| GPIO_Pin_6;
   GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
   //3.默认状态：小车停止
   GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7);//左
   GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7);//右
}

基本运动控制函数 ：
- 前进：

c 复制代码

 int speed = 100;
void car_up(void)		
{
	//左轮电机前转
	GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_6 );//A-1B
	GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_7 );//	A-1A
	//右轮电机前转
	GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6 );//B-1A
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_7 );//B-1B
	delay_ms(speed);
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7);//右
	delay_ms(100-speed);	
}

后退：

c 复制代码

void car_back(void)
{
	//左轮电机后转
	GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_7 );
	GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_6 );			
	//右轮电机后转
	GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_7 );
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6 );			
}

左转：

c 复制代码

    void car_left(void)
{
	//左轮不转 （后转）
	GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7);
	//右轮前进
	GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6 );
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_7 );
}

复制代码

  - 右转：

c 复制代码

void car_right(void)
{
	//右轮不转 （后转）
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7);
	//左轮前进
	GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_6 );
	GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_7 );
}

停止：

c 复制代码

void car_stop(void)
{
	//右轮和左轮子都不转
	GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7);
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7);
}

3.2 程序下载与运行设置

下载程序时 ：BOOT0接3V3，BOOT1接GND，按下复位键，CPU执行引导程序，程序可下载到开发板。
下载完成后 ：BOOT0接GND，BOOT1接GND，重新上电或按复位键，程序重新运行。

3.3 速度控制

简单速度调节(上面已经实现)：通过控制电机转动与停止的时间比例来调节速度。

c 复制代码

int speed = 100;
void car_up(void)
{
  // 左轮电机前转
  // 右轮电机前转（右轮速度调节）
  B-1A = 1;
  B-1B = 0;  // 右轮转动
  delay_ms(speed);
  B-1B = 1;  // 右轮停止转动
  delay_ms(100 - speed);
}

PWM（脉冲宽度调制）：通过调节有效电平时间与整个周期的比例（占空比）来精确控制电机转速、蜂鸣器鸣叫等。
- 占空比 = 有效电平时间 / 整个周期。
- 例如：有效电平时间50ms，周期100ms，占空比为50%。
- 注意：使用PWM调节的周期不能太长。

主函数示例：

c 复制代码

int main()
{
  while(1)
  {
    car_up();  // 小车前进
  }
}

练习目标 ：调节小车轮子速度，使小车前进1m左右。

结束语🥇

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⭐前言⭐

🎶一、模块化编程思维

🎶二、直流电机

2.1 电机驱动模块

🎶三、小车运动控制代码实现

3.1 小车控制函数（car.c/car.h）

3.2 程序下载与运行设置

3.3 速度控制

结束语🥇

3.1 小车控制函数（`car.c`/`car.h`）