单片机电机控制与机器人：赋能机器人，实现智能运动控制

# 1. 单片机电机控制基础**

单片机电机控制是利用单片机对电机进行控制，实现电机转速、方向、位置等参数的调节。单片机电机控制系统主要由单片机、电机驱动器、电机和传感器组成。

单片机通过读取传感器信号，根据控制算法计算出电机控制参数，并输出到电机驱动器。电机驱动器负责将单片机输出的控制信号转换为电机所需的驱动信号，驱动电机工作。

单片机电机控制系统具有体积小、成本低、控制精度高、响应速度快等优点，广泛应用于工业自动化、机器人、医疗器械等领域。

# 2. 单片机电机控制技术**

## 2.1 电机控制的基本原理

### 2.1.1 直流电机控制

直流电机是单片机电机控制中应用最广泛的电机类型。其控制原理是通过调节流经电机的电流来控制电机的转速和方向。单片机通过PWM（脉宽调制）技术生成可变占空比的脉冲波，并将其施加到电机驱动器上。电机驱动器将脉冲波转换为模拟电压，驱动电机转动。

**代码块：**

#include <msp430.h>

void main(void) {
  WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;   // Stop watchdog timer
  P1DIR |= BIT6;              // Set P1.6 as output
  TACCR0 = 1000;              // Set PWM period to 1000us
  TACCTL1 = OUTMOD_7;         // Set PWM output mode to reset/set
  TACCR1 = 500;               // Set PWM duty cycle to 50%
  TACTL = TASSEL_2 | MC_1;    // Set PWM clock source to SMCLK and start PWM
}

**逻辑分析：**

* `WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;`：关闭看门狗定时器。
* `P1DIR |= BIT6;`：将 P1.6 设置为输出，用于输出 PWM 信号。
* `TACCR0 = 1000;`：设置 PWM 周期为 1000us。
* `TACCTL1 = OUTMOD_7;`：设置 PWM 输出模式为复位/设置。
* `TACCR1 = 500;`：设置 PWM 占空比为 50%。
* `TACTL = TASSEL_2 | MC_1;`：设置 PWM 时钟源为 SMCLK 并启动 PWM。

### 2.1.2 步进电机控制

步进电机是一种将电脉冲转换为机械角位移的电机。其控制原理是通过依次激励电机的不同相位绕定子转动，从而带动转子旋转。单片机通过输出一组脉冲序列，控制步进电机的转速和方向。

**代码块：**

import RPi.GPIO as GPIO

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(17, GPIO.OUT)
GPIO.setup(22, GPIO.OUT)
GPIO.setup(23, GPIO.OUT)
GPIO.setup(24, GPIO.OUT)

def step(steps):
  for i in range(steps):
    GPIO.output(17, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(22, GPIO.LOW)
    GPIO.output(23, GPIO.LOW)
    GPIO.output(24, GPIO.LOW)
    time.sleep(0.001)
    GPIO.output(17, GPIO.LOW)
    GPIO.output(22, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(23, GPIO.LOW)
    GPIO.output(24, GPIO.LOW)
    time.sleep(0.001)
    GPIO.output(17, GPIO.LOW)
    GPIO.output(22, GPIO.LOW)
    GPIO.output(23, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(24, GPIO.LOW)
    time.sleep(0.001)
    GPIO.output(17, GPIO.LOW)
    GPIO.output(22, GPIO.LOW)
    GPIO.output(23, GPIO.LOW)
    GPIO.output(24, GPIO.HIGH)
    time.sleep(0.001)

step(100)

**逻辑分析：**

* `GPIO.setmode(GPIO.BCM)`：设置 GPIO 引脚编号模式为 BCM。
* `GPIO.setup(17, GPIO.OUT)`：将 GPIO 引脚 17 设置为输出，用于控制步进电机的相位 1。
* `GPIO.setup(2