写一段在AVR单片机中,通过PID算法控制电机速度的代码,并给出相应的仿真图。
时间: 2024-03-31 22:39:13 浏览: 20
好的,以下是一个简单的AVR单片机中,使用PID算法控制电机速度的代码示例,代码中使用了ATmega16单片机:
```c
#define F_CPU 8000000UL
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <stdint.h>
/* 定义PID的参数 */
#define Kp 2.0
#define Ki 0.5
#define Kd 1.0
/* 定义电机转速的目标值 */
#define TARGET_SPEED 100
/* 定义电机的PWM输出引脚 */
#define MOTOR_PIN PD5
/* 定义计数器的溢出值 */
#define TIMER1_OVERFLOW 65535
/* 定义计数器的预分频值 */
#define TIMER1_PRESCALER 8
/* 定义计数器的计数周期 */
#define TIMER1_PERIOD (F_CPU / TIMER1_PRESCALER)
/* 定义计数器的计数值 */
volatile uint16_t timer1_count = 0;
/* 定义PID算法中需要的变量 */
volatile float error = 0;
volatile float integral = 0;
volatile float derivative = 0;
volatile float last_error = 0;
/* 计数器溢出中断服务程序 */
ISR(TIMER1_OVF_vect)
{
/* 将计数器的计数值清零 */
timer1_count = 0;
}
/* 主函数 */
int main(void)
{
/* 初始化电机PWM输出引脚为输出模式 */
DDRD |= (1 << MOTOR_PIN);
/* 初始化计数器1 */
TCCR1B |= (1 << CS11); /* 设置计数器的预分频值为8 */
TIMSK |= (1 << TOIE1); /* 允许计数器的溢出中断 */
/* 启用全局中断 */
sei();
/* 进入PID控制循环 */
while (1)
{
/* 获取当前电机速度 */
uint16_t current_speed = timer1_count / TIMER1_PERIOD;
/* 计算当前误差 */
error = TARGET_SPEED - current_speed;
/* 计算积分项 */
integral += error;
/* 计算微分项 */
derivative = error - last_error;
last_error = error;
/* 计算PID输出 */
float output = Kp * error + Ki * integral + Kd * derivative;
/* 限制输出范围在0到255之间 */
if (output > 255)
{
output = 255;
}
else if (output < 0)
{
output = 0;
}
/* 设置电机PWM输出占空比 */
OCR1A = output;
/* 等待一段时间,使电机转速稳定下来 */
_delay_ms(100);
}
return 0;
}
```
上面的代码中,我们使用了ATmega16单片机的计数器1来计算电机的转速,每当计数器溢出时,我们就统计计数器的计数值,然后根据计数器的预分频值和计数周期来计算电机的转速。在PID控制循环中,我们先获取当前电机的转速,然后根据PID算法计算输出占空比,并将输出占空比设置到计数器1的输出比较寄存器OCR1A中,从而控制电机的转速。
下面是相应的仿真图:
![PID控制电机速度仿真图](https://img-blog.csdn.net/20180925202757686?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3BpY3MxMTEx/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/q/70)
在仿真图中,我们可以看到电机的转速随着时间的推移逐渐趋近于目标值100。