单片机PWM控制汽车电子：发动机控制与变速箱控制，提升驾驶体验

# 1. 单片机PWM控制概述**

脉宽调制（PWM）是一种广泛应用于电机控制、照明调节等领域的数字控制技术。其原理是通过改变脉冲的宽度，来控制输出信号的平均值，从而达到控制输出功率或速度的目的。

单片机是一种集成化的微型计算机，具有较强的计算和控制能力。通过编程，单片机可以实现PWM控制功能。单片机PWM控制的实现主要包括以下几个步骤：

1. **设置PWM定时器：**配置定时器的时钟源、分频系数和比较值，确定PWM的频率和占空比。
2. **输出PWM信号：**将定时器输出的PWM信号连接到控制对象（如电机驱动器或照明设备）。
3. **控制PWM占空比：**通过修改定时器的比较值，可以改变PWM信号的占空比，从而控制输出功率或速度。

# 2. 发动机控制

### 2.1 PWM原理及单片机实现

**PWM（脉宽调制）**是一种通过改变脉冲宽度来控制输出电压或电流的调制技术。在单片机中，PWM通常通过比较器和定时器实现。

**原理：**

1. 定时器产生一个周期性的时钟信号。
2. 比较器将时钟信号与一个可调的参考信号进行比较。
3. 当时钟信号大于参考信号时，输出为高电平；当时钟信号小于参考信号时，输出为低电平。
4. 通过调节参考信号的占空比，可以控制输出脉冲的宽度。

**单片机实现：**

大多数单片机都集成了PWM模块，可以方便地生成PWM信号。通常，PWM模块包括：

- 时钟源
- 定时器
- 比较器
- 输出引脚

### 2.2 发动机转速控制

#### 2.2.1 转速传感器信号采集

发动机转速可以通过转速传感器采集。常用的转速传感器类型有：

- **霍尔效应传感器：**利用霍尔效应检测发动机飞轮上的齿轮齿，产生脉冲信号。
- **光电传感器：**利用光电效应检测发动机飞轮上的反射条，产生脉冲信号。

**信号采集流程：**

1. 将转速传感器连接到单片机的输入引脚。
2. 使用中断或轮询方式读取转速传感器产生的脉冲信号。
3. 根据脉冲信号的频率计算发动机转速。

#### 2.2.2 PID控制算法

PID（比例-积分-微分）控制算法是一种常用的反馈控制算法，用于控制发动机的转速。

**原理：**

1. **比例控制：**根据误差的当前值进行控制。
2. **积分控制：**根据误差的累积值进行控制。
3. **微分控制：**根据误差的变化率进行控制。

**单片机实现：**

// PID控制算法
float pid_control(float error) {
  static float integral = 0;
  static float derivative = 0;
  float kp = 1.0; // 比例系数
  float ki = 0.1; // 积分系数
  float kd = 0.01; // 微分系数

  integral += error * ki;
  derivative = (error - derivative) * kd;
  return kp * error + integral + derivative;
}

**参数说明：**

- `error`：转速误差（目标转速 - 实际转速）
- `kp`：比例系数，决定控制器的响应速度
- `ki`：积分系数，消除稳态误差
- `kd`：微分系数，提高控制器的稳定性

### 2.3 发动机点火控制

#### 2.3.1 点火正时计算

点火正时是指火花塞点火的时间，对于发动机的性能至关重要。点火正时计算通常基于发动机的转速和负荷。

**计算方法：**

// 点火正时计算
float ignition_timing(float rpm, float load) {
  float base_timing = 10.0; // 基础点火正时
  float advance_per_rpm = 0.5; // 每增加 1000 rpm 提前的点火正时
  float advance_per_load = 0.2; // 每增加 10% 负荷提前的点火正时

  return base_timing + advance_per_rpm * rpm + advance_per_load * load;
}

**参数说明：**

- `rpm`：发动机转速（单位：rpm）
- `load`：发动机负荷（单位：%）
- `base_timing`：基础点火正时（单位：度）
- `advanc