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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👨‍💻 本文由 削好皮的Pineapple! 原创

👨‍💻 收录于专栏：C语言到基于STM32 的智能矿探小车

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⭐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。

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🎶一、模块化编程思维

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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：

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

#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LEDGPIO_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);elseGPIO_SetBits(GPIOF, GPIO_Pin_9);break;case LED_D2:if(state == LED_ON)GPIO_ResetBits(GPIOF, GPIO_Pin_10);elseGPIO_SetBits(GPIOF, GPIO_Pin_10);break;case LED_D3:if(state == LED_ON)GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_13);elseGPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_13);break;case LED_D4:if(state == LED_ON)GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_14);elseGPIO_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：

  #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
  

#ifndef _LED_H
#define _LED_H#include <stdint.h>  // 添加此头文件以使用uint8_ttypedef 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）。

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🎶二、直流电机

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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：
  

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🎶三、小车运动控制代码实现

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3.1 小车控制函数（car.c/car.h）

• 小车初始化函数：

 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：

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

• 后退：

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：

    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 );
}

- 右转：

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：

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。

  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：

  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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