Arduino提供的PWM控制功能入門(mén)（2）

上回我們用 PWM 控制了一盞 LED 燈的亮度，實(shí)現(xiàn)了漸明漸暗的效果。今天就來(lái)用 PWM 控制一個(gè)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)逐漸加速，減速的效果。為了能清除看到效果，筆者還專門(mén)用拙劣的手工做了一個(gè)紙風(fēng)車，粘到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上。下面就來(lái)動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)器材：

1. Arduino Uno R3 芯片 x1
2. Adafruit 電機(jī)驅(qū)動(dòng)板（Motor Shield）V1 型 x1
3. 直流電機(jī) x1
4. 電線 x2
5. USB 數(shù)據(jù)線 x1
6. PC x1

實(shí)驗(yàn)器材一覽如下：

注意事項(xiàng)：

Adafruit 電機(jī)驅(qū)動(dòng)板是設(shè)計(jì)成兼容 Arduino Uno R3 芯片的，可以直接堆疊在 Arduino 上連接。

驅(qū)動(dòng)板上的 jumper（在標(biāo)注 PWRJMP，意為 power jumper 的位置）是用來(lái)決定 Arduino 和驅(qū)動(dòng)板是否獨(dú)立供電的。如果蓋上 jumper，則驅(qū)動(dòng)板由 Arduino供電；如果拔掉jumper，則驅(qū)動(dòng)板獨(dú)立供電。

驅(qū)動(dòng)板若要獨(dú)立供電，電源接標(biāo)注 EXT_PWR（意為 external power）的 2 個(gè)接口。注意不要接反正負(fù)極，否則會(huì)燒壞驅(qū)動(dòng)板甚至 Arduino！驅(qū)動(dòng)板上LED 燈亮，表示驅(qū)動(dòng)板供電正常。

實(shí)驗(yàn)原理：

PWM 全稱 Pulse Width Modulation，它的原理，簡(jiǎn)而言之，是通過(guò)產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短不一的數(shù)字脈沖，來(lái)模擬連續(xù)變化的電平（“捏造”模擬信號(hào)）。注意芯片上的標(biāo)識(shí)， pin 號(hào)旁邊有 ~ 符號(hào)的表示該 pin 支持 PWM。（更詳盡的原理以后再做整理）

實(shí)驗(yàn)步驟：

1.連接硬件：

首先將 Adafruit 電機(jī)驅(qū)動(dòng)板直接堆疊插在 Arduino 板上，注意數(shù)字引腳對(duì)數(shù)字引腳，模擬引腳對(duì)模擬引腳，就可以很容易安裝好。效果如圖：

b. Arduino 板用 USB 數(shù)據(jù)線接 PC。這時(shí)候 Arduino 和驅(qū)動(dòng)板都有供電，2 個(gè)板子上的 LED 燈常亮；

c. 2 條電線穿進(jìn)電機(jī)的 2 個(gè)腳，打個(gè)小結(jié)固定一下，連接順序現(xiàn)在來(lái)說(shuō)隨意。這里提一下電線的準(zhǔn)備，用剪刀剪出合適大小的電線后，用剪刀在電線的 2 端各去掉半個(gè)手指頭長(zhǎng)度的包皮，讓導(dǎo)線頭裸露；

d. 2 條電線另外一端接驅(qū)動(dòng)板上標(biāo)注 M3（意為 Motor 3）的 2 個(gè)腳。用 3 mm 十字螺絲刀擰松 2 個(gè)腳的螺絲，把電線放進(jìn)去 2 只腳的壓片下，然后擰緊螺絲，效果如圖：

2.下載安裝電機(jī)驅(qū)動(dòng)庫(kù)

要用代碼控制 Adafruit 電機(jī)驅(qū)動(dòng)板，可以使用 Adafruit 提供的庫(kù)函數(shù)，輕松上手。

然后打開(kāi) Arduino IDE，在菜單里，點(diǎn)擊“項(xiàng)目”->“加載庫(kù)”->“添加一個(gè)新 ZIP 庫(kù)”，然后選擇剛剛下載的 ZIP 壓縮包就可以了。

3.編寫(xiě)程序

#include < AFMotor.h >

// 因?yàn)殡姍C(jī)裝在驅(qū)動(dòng)板的 M3 位置，所以第一個(gè)參數(shù)是 3
// 第 2 個(gè)參數(shù)是 PWM 頻率，如果電機(jī)接在 M1-M2 位上，則參數(shù)可選
// MOTOR12_64KHZ
// MOTOR12_8KHZ
// MOTOR12_2KHZ 
// MOTOR12_1KHZ
// 如果電機(jī)接在 M3-M4 位上，則參數(shù)可選
// MOTOR34_64KHZ
// MOTOR34_8KHZ
// MOTOR34_1KHZ
AF_DCMotor motor(3, MOTOR34_64KHZ);

void setup() {
    // 選擇串口 Baud 率
    Serial.begin(9600);
    Serial.println("Motor test!");
}

void loop() {
    Serial.println("tick");
    // 設(shè)置電機(jī)向前運(yùn)轉(zhuǎn)
    motor.run(FORWARD);
    // 不斷加速
    for (int i = 0; i < 255; i++) {
        motor.setSpeed(i);
        // 等待 0.1 s 讓電機(jī)充分加速
        delay(100);
    }
    // 讓電機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn) 10 s
    delay(10000);
    // 不斷減速
    for (int i = 255; i > 0; i--) {
        motor.setSpeed(i);
        // 等待 0.1 s 讓電機(jī)充分減速
        delay(100);
    }

    Serial.println("tock");
    // 釋放電機(jī)，不運(yùn)轉(zhuǎn)
    motor.run(RELEASE);
    // 停轉(zhuǎn) 1 s
    delay(1000);

    Serial.println("tack");
    // 設(shè)置電機(jī)向后運(yùn)轉(zhuǎn)
    motor.run(BACKWARD);
    // 不斷加速
    for (int i = 0; i < 255; i++) {
        motor.setSpeed(i);
        // 等待 0.1 s 讓電機(jī)充分加速
        delay(100);
    }
    // 讓電機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn) 10 s
    delay(10000);
    // 不斷減速
    for (int i = 255; i > 0; i--) {
        motor.setSpeed(i);
        // 等待 0.1 s 讓電機(jī)充分減速
        delay(100);
    }

    Serial.println("tock");
    // 釋放電機(jī)，不運(yùn)轉(zhuǎn)
    motor.run(RELEASE);
    // 停轉(zhuǎn) 1 s
    delay(1000);
}

燒錄到 Arduino 芯片上，可以看到電機(jī)按照我們?cè)O(shè)計(jì)的一樣，先正向加速運(yùn)轉(zhuǎn)，然后恒速轉(zhuǎn)動(dòng) 10 秒，然后減速運(yùn)轉(zhuǎn)，停頓 1 秒，然后反向加速運(yùn)轉(zhuǎn)，恒速轉(zhuǎn)動(dòng) 10 秒，然后減速運(yùn)轉(zhuǎn)，停頓 1 秒，周而復(fù)始。

最后，為了更加明顯的看到電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，筆者給小電機(jī)安上了一個(gè)粗糙的紙風(fēng)車，效果如下：