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·【STM32】PWM调速控制直流电机转速

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前言

一、PWM调速原理

二、STM32编程实现

总结

前言

原来做的差速小车是基于Arduino控制的，感觉有些简单，也有些基础，Arduino方便简单的同时，可操作性感觉也少了很多，所以想将控制器换成STM32，然后将树莓派作为上位机，STM32作为下位机，通过树莓派和STM32进行通讯，实现对差速移动小车的控制，本人也是寒假期间初学STM32，也是奔着应用去的，所以对于STM32编程原理方面可能不太精通，这里偏重于记录应用层面的知识。

一、PWM调速原理

直流电机驱动是最简单的，给电机通上电就能转，根据电机的公式：

$E = C_{e} \phi n$

$U = E + R_{a}I$

$n = \frac{U}{C_{e}\phi } - \frac{R_{a}}{C_{e}C_{t}\phi ^{2}} T_{em}$

可知：当提高电压时，反电势升高，进而转速升高，电压与转速大致有如图所示的关系

所以我们只要控制给电机通电的电压即可控制电机的转速，但是在实际的控制中，控制直流电机需要通过H桥控制电机的正反转，如图，当T1和T4二极管导通时，有粉色通路；当T2和T3二极管导通时，有蓝色通路，这样我们就可以实现弱电控制强电，通过二极管的通断来控制电机的转向。

但是这样电机通电时电压就是Us，我们如果想自由的控制Us的电压值基本是不能实现的，因为电机是接到单片机的引脚上的，引脚的供电电压值是确定的，我们就要使用控制二极管的通断时间对电机的转速进行控制，即PWM控制。

图中的D1~D4二极管为续流的作用，因为电机中有绕组，在断电后，电感的电流不能瞬时变为0，所以在断电后电流沿棕色和绿色的通路放点。

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?在一个周期内，我们通过控制通电的时间就可以调控平均电压，而平均电压的高低直接控制电机的转速，通电时间/周期，就可以得到占空比，我们也就是通过控制电机的占空比来控制电机的转速的。

?在实际应用过程中，我们不用自己搭建H桥，而是使用电机驱动板（如：L298N）对直流电机进行驱动，L298N内搭载两个H桥电路，可以实现对两个电机的转向和转速进行控制。

?这是淘宝商家提供的电机驱动板控制表，将IN1~4接到单片机的引脚，我们就可以通过引脚输出PWM控制信号，对直流电机进行控制。

二、STM32编程实现

在STM32中如果想输出PWM信号，需要借助定时器，通过定时器的捕获/比较通道的PWM输出

?当我们对定时器设置了预装载值arr和比较值ccr后，可以通过配置PWM模式，使定时器CNT计数值超过ccr后产生有效信号，并通过配置相应寄存器设置有效信号是1还是0，而配置PWM的输出方式，具体原理信息可以参考原子哥的视频，也可以参考中文参考手册的14.4.7内容。

?在程序中，我们使用库函数进行配置，配置步骤如下：

?使能定时器和相关外设引脚时钟 :RCC_APBxPeriphClockCmd()
配置IO口为复用输出模式（查手册8.1.11）配置成相应的模式（复用推挽输出）
初始化定时器：TIM_TimeBaseInit（）
初始化TIM2 Channe1234 PWM模式：TIM_OCxInit（）
使能OCx通道的预装载寄存器：TIM_OC1PreloadConfig（）
使能时钟：TIM_Cmd（）
在主函数中配置占空比进行调速：TIM_SetCompare1（）

#include "sys.h"

/********************
功能：通用时钟2用来产生通道1234四路PWM信号
函数：TIM2_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
作者：K.Fire
日期：2022.01.30
引脚：PA0 PA1 PA2 PA3
参数：arr：自动重装值 psc：时钟预分频数
*****************/

void TIM2_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{  
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
	TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
	
	//使能GPIOA外设模块时钟  
 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);   
 
	//设置引脚为复用输出功能,输出TIM2 CH1的PWM脉冲波形	GPIOA.0
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //TIM2_CH1
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO
	
	//设置引脚为复用输出功能,输出TIM2 CH2的PWM脉冲波形	GPIOA.1
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; //TIM2_CH2
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO
	
    //设置引脚为复用输出功能,输出TIM2 CH3的PWM脉冲波形	GPIOA.2
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; //TIM2_CH3
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO
	
	//设置引脚为复用输出功能,输出TIM2 CH4的PWM脉冲波形	GPIOA.3
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; //TIM2_CH4
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO
 
	//使能定时器2时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);	
    //初始化TIM2
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
	
	//初始化TIM2 Channe1234 PWM模式	 
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2
 	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高
	
	TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);  //根据T指定的参数初始化外设TIM2 OC1
	TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);  //根据T指定的参数初始化外设TIM2 OC2
	TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);  //根据T指定的参数初始化外设TIM2 OC3
	TIM_OC4Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);  //根据T指定的参数初始化外设TIM2 OC4

	TIM_OC1PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM2在CCR1上的预装载寄存器
	TIM_OC2PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM2在CCR2上的预装载寄存器
	TIM_OC3PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM2在CCR3上的预装载寄存器
	TIM_OC4PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM2在CCR4上的预装载寄存器
 
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);  //使能TIM2
	
}