单片机实验电机控制秘籍：PWM和H桥驱动详解

# 1. 单片机电机控制概述

电机控制是单片机应用中的一个重要领域，广泛应用于工业自动化、智能家居、医疗器械等领域。单片机电机控制主要通过PWM（脉宽调制）技术和H桥驱动电路来实现。

PWM技术通过调节脉冲宽度来控制输出电压的平均值，从而实现对电机速度的控制。H桥驱动电路则通过控制电机两端的电压极性来实现电机的方向控制。

通过结合PWM技术和H桥驱动电路，单片机可以实现对电机的精细控制，包括速度控制、方向控制、正反转控制等。

# 2.1 PWM原理和实现

### PWM原理

脉宽调制（PWM）是一种通过改变脉冲宽度来控制输出功率的技术。它通常用于电机控制、LED调光和音频放大等应用中。

PWM的工作原理是将一个固定频率的方波信号转换为可变占空比的脉冲序列。占空比是指脉冲宽度与周期时间的比率。通过改变占空比，可以控制输出功率。

### PWM实现

PWM可以通过硬件或软件实现。

**硬件实现：**

* 专用PWM芯片：专为PWM生成而设计的芯片，提供高精度和可编程性。
* 微控制器：许多微控制器具有内置的PWM模块，允许通过寄存器编程控制PWM参数。

**软件实现：**

* 定时器中断：使用定时器中断来生成PWM信号。当定时器达到预设值时，触发中断，改变输出引脚的状态。
* DMA：使用直接内存访问（DMA）来生成PWM信号。DMA将数据从内存直接传输到输出引脚，无需CPU干预。

### 代码示例

以下是一个使用定时器中断生成PWM信号的代码示例：

#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>

// 设置定时器0为PWM模式
void timer0_init() {
  TCCR0A |= (1 << WGM01) | (1 << WGM00); // 设置为快速PWM模式
  TCCR0B |= (1 << CS01); // 设置时钟预分频为8
  OCR0A = 127; // 设置占空比为50%
}

// 定时器0中断服务程序
ISR(TIMER0_COMP_vect) {
  // 切换输出引脚的状态
  PORTB ^= (1 << PB0);
}

int main() {
  // 初始化定时器0
  timer0_init();

  // 启用全局中断
  sei();

  while (1) {
    // 主循环
  }

  return 0;
}

**代码逻辑分析：**

* `timer0_init()`函数初始化定时器0为快速PWM模式，并设置时钟预分频和占空比。
* `ISR(TIMER0_COMP_vect)`是定时器0比较中断服务程序。当定时器达到预设值时，触发中断，切换输出引脚的状态。
* `main()`函数初始化定时器0，启用全局中断，然后进入主循环。

# 3.1 H桥驱动原理和结构

### H桥驱动原理

H桥驱动电路是一种功率电子电路，它可以控制直流电机的方向和速度。它由四个开关组成，这些开关按H形排列，因此得名。

H桥驱动电路的工作原理如下：

1. 当开关S1和S4闭合时