基于STM32F103C8T6+L298N通过PWM控制直流电机

描述

01 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。

02 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:

树莓派

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。

树莓派编辑

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电。

树莓派

树莓派

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。

树莓派

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。

树莓派

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。

03 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

树莓派

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。

树莓派

在程序中,我们使用库函数进行配置,配置步骤如下:

  1. 使能定时器和相关外设引脚时钟 :RCC_APBxPeriphClockCmd()
  2. 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)
  3. 初始化定时器:TIM_TimeBaseInit()
  4. 初始化TIM2 Channe1234 PWM模式:TIM_OCxInit()
  5. 使能OCx通道的预装载寄存器:TIM_OC1PreloadConfig()
  6. 使能时钟:TIM_Cmd()
  7. 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

}

04 总结

原理部分我讲的很简略,我也是看原子哥的视频学,如果大家对单片机控制原理有学习需要,可以去B站看原子哥的视频,博主主要是做控制和上位机的,所以这部分只需要会用即可。

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