零基础制作平衡小车【连载】3---STM32生成PWM控制电机旋转

ID:223481 · 发表于 2020-11-27 14:12

制作平衡小车肯定会用到电机，那么怎么控制呢？最简单的就是直接加电压，这样电机就能转动，但是至于转多少圈，转的快慢是不能控制的。这就不符合我们平衡小车的控制要求。这就需要用到PWM模式来控制电压的大小，从而控制转的快慢。至于转了多少圈，就要用到编码器了。今天先来看看怎么控制小车转的快慢吧，一步一步来。

直流有刷电机的原理

简单说下有刷电机的工作原理，其实很简单，稍微懂点物理的就能看懂吧。

上面这张图应该都见过吧（因为你现在就在看着它呢，手动滑稽）。小时候四驱赛车的那种黄色小马达也都见过吧，是不是只要将电压加载电刷的两极上，电机就会转了。那个电机的内部结构就是上图这样。这一种里面带有电刷的电机叫有刷电机，又因为是用的直流电，所以叫直流有刷电机。
我们只需要将电压加到AB端，电机就能转，电机转动的速度和电压有关，电压越大，转速越高。具体电机旋转不懂的百度吧。我就不搬运了，重点是都后面的PWM。

有一点需要注意的是，直流有刷电机的驱动频率的问题，过高或者过低都不好，网上找了资料说是根据电机的不同频率有所不同，一般10k-20k。我暂且信了吧。

PWM是什么？

既然知道了电压和转速成正比，那我们是不是只需要控制电压就能控制转速了。这就需要用到PWM技术了。PWM又名脉冲宽度调制，从名字上来看是调节脉冲宽度的。到底是怎么调节的呢？我是这样理解的。
本来我们直接给电压，电机就会转，现在我们通过控制电压，让他一会有输出，一会不输出。假设占空比为50%，也就是说，在一定时间内，电压有一半的时间是闭合的，一半的时间是打开的，这样求出来的平均电压值应该是原电压值的一半。（不相信的同学可以一会试试，我后面把代码传上来）这样我们就能控制电压了。但是只控制电压还不行呀，单片机引脚不能直接接到电机上呀，这就需要电机驱动器了。

TB6612直流有刷电机驱动

从淘宝截了一张图，上面有引脚和使用说明，接线也很简单。原理的话我没细看，大致应该是通过PWM来控制VM的电压值，之后会有一个像H桥一样的电路来控制正反转，当然了都是集成到芯片内部了。

STM32F103ZET6生成PWM代码/*使用通用定时器2 通道1 PA0引脚输出PWM------------ PWM信号周期和占空比的计算 --------------- ARR ：自动重装载寄存器的值 CLK_cnt：计数器的时钟，等于 Fck_int / (psc+1) = 72M/(psc+1) PWM 信号的周期 T = ARR * (1/CLK_cnt) = ARR*(PSC+1) / 72M 占空比P=CCR/(ARR+1) 时钟分频71，系统总线时钟72M，可以算出定时器时钟为72/（71+1）=1M在这里我们需要设定PWM频率为10Khz=0.1ms，因此自动重装载的值ARR=100.因为定时器时钟为1M=0.001ms，因此只需要累加100次，就等于0.1ms=10Khz了。占空比我们设定50%因此我们配置如下TIM_TimeBaseInitTypeStructure.TIM_Prescaler = 71; //定时器时钟分频TIM_TimeBaseInitTypeStructure.TIM_Period = (100 - 1); //自动重装载的值 TIM_OCInitTypeStructure.TIM_Pulse = 50; //设置占空比大小*/void PWM_Init(void){ //定义结构体变量 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitTypeStructure; TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitTypeStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitTypeStructure; //使能引脚时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); //使能引脚时钟 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE); //引脚配置 GPIO_InitTypeStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出模式 GPIO_InitTypeStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //PA0 GPIO_InitTypeStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //速度为50M GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitTypeStructure); //写入到寄存器中 //定时器基本配置 TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseInitTypeStructure); //恢复默认值 //自动重装载寄存器的值，当TIM_Period+1个频率后产生一个更新或者中断 TIM_TimeBaseInitTypeStructure.TIM_Period = (100 - 1); //自动重装载的值 //驱动CNT计数器的时钟 = Fck_int/(psc+1) TIM_TimeBaseInitTypeStructure.TIM_Prescaler = 71; //定时器时钟分频 //时钟分频因子，配置死区时间时需要用到 TIM_TimeBaseInitTypeStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //时钟分割 //向上计数模式 TIM_TimeBaseInitTypeStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式 //重复计数器的值，没用到不用管 TIM_TimeBaseInitTypeStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; //重复计数器的值. //写入到寄存器 TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitTypeStructure); //PWM模式配置 TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitTypeStructure); //恢复默认值 TIM_OCInitTypeStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择PWM1模式 TIM_OCInitTypeStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set; //空闲时间的引脚电平 TIM_OCInitTypeStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //指定输出极性 TIM_OCInitTypeStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //输出比较使能 TIM_OCInitTypeStructure.TIM_Pulse = 80; //设置占空比大小 //初始化通道1 TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitTypeStructure); //启用CCR1上的TIMx外设预加载寄存器。 TIM_OC1PreloadConfig(TIM2,TIM_OCPreload_Enable); //使能定时器 TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);}

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示波器测量

1.当占空比为50%时

测量电压值

2.占空比为80%时

测量值

总结

1.PWM配置过程
①配置GPIO引脚，用的哪个引脚就配置哪个引脚，注意别忘了开启时钟使能
②配置完引脚，配置定时器基本参数
注意：
在配置TIM_Period的值的时候一定不要忘记最终计算的值是TIM_Period+1；
TIM_Prescaler在最终计算的值也是TIM_Prescaler+1。

TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseInitTypeStructure); //恢复默认值
上面这个函数可要可不要，规范化代码最好是写上去。
③配置PWM输出通道
④启用CCR1上的TIMx外设预加载寄存器
⑤使能定时器

特别特别注意

下面这个函数

//启用CCR1上的TIMx外设预加载寄存器。
TIM_OC1PreloadConfig(TIM2,TIM_OCPreload_Enable);

进入到函数主题

void TIM_OC1PreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPreload){ uint16_t tmpccmr1 = 0; /* Check the parameters */ assert_param(IS_TIM_LIST8_PERIPH(TIMx)); assert_param(IS_TIM_OCPRELOAD_STATE(TIM_OCPreload)); tmpccmr1 = TIMx->CCMR1; /* Reset the OC1PE Bit */ tmpccmr1 &= (uint16_t)~((uint16_t)TIM_CCMR1_OC1PE); /* Enable or Disable the Output Compare Preload feature */ tmpccmr1 |= TIM_OCPreload; /* Write to TIMx CCMR1 register */ TIMx->CCMR1 = tmpccmr1;}