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【经验分享】STM32F103驱动无刷直流电机应用思路

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STMCU小助手 发布时间:2022-4-19 22:07
一、STM32F103驱动无刷直流电机基本思路
无刷电机控制是基于6步换相法如下图所示:

81f53db3ca4445099ab85c94fe7931d4.png

二、STM32F103驱动无刷直流电机方法介绍
通常我们用的方法是使用高级定时器3通道互补输出去驱动mos管,用通用定时器连接霍尔传感器去触发中断,在中断中换相,基本原理如下图所示:
bc3c53db0f9a4e7a8f9454458a89c0c6.png

三、驱动代码编写


  1. /**********************************************************************
  2. * Description    : None
  3. * Input          : None
  4. * Output         : None
  5. * Return         : None
  6. * Attention      : None
  7. **********************************************************************/
  8. void BLDC_GPIOConfig(void)
  9. {
  10.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  11.          
  12.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10;  //TIM1输出
  13.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;                                                   
  14.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  15.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  16.                         
  17.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15;//TIM1输出
  18.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;                                                   
  19.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  20.     GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

  21.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;              //TIM3的霍尔输入
  22.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
  23.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

  24.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;                         //TIM3的霍尔输入
  25.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
  26.     GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);   
  27. }
  28. /**********************************************************************
  29. * Description    : None
  30. * Input          : None
  31. * Output         : None
  32. * Return         : None
  33. * Attention      : None
  34. **********************************************************************/
  35. void BLDC_TIM1Config(void)
  36. {
  37.    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;                           //基本结构体变量定义
  38.    TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;                     //输出结构体变量定义
  39.    TIM_BDTRInitTypeDef  TIM_BDTRInitStructure;                                   //死区刹车结构体变量定义

  40.    TIM_DeInit(TIM1);

  41.    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 2;                                           //TIM基本初始化
  42.    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_CenterAligned2;//中央对齐计数模式
  43.    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1499;                                           //PWM 16K
  44.    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
  45.    TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;

  46.    TIM_TimeBaseInit(TIM1,&TIM_TimeBaseStructure);

  47.    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;                    //TIM输出通道初始化
  48.    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Disable;
  49.    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Disable;                  
  50.    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse =1200;
  51.    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
  52.    TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;         
  53.    TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;
  54.    TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;         

  55.    TIM_OC1Init(TIM1,&TIM_OCInitStructure);

  56.    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse =1200;
  57.    TIM_OC2Init(TIM1,&TIM_OCInitStructure);

  58.    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse =1200;
  59.    TIM_OC3Init(TIM1,&TIM_OCInitStructure);

  60.    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;                    //TIM输出通道4初始化,用来触发AD注入采样
  61.    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Disable;                  
  62.    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse =1495;
  63.    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;           

  64.    TIM_OC4Init(TIM1,&TIM_OCInitStructure);

  65.    TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSRState = TIM_OSSRState_Enable;        //死区刹车初始化
  66.    TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSIState = TIM_OSSIState_Enable;
  67.    TIM_BDTRInitStructure.TIM_LOCKLevel = TIM_LOCKLevel_OFF;
  68.    TIM_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime = 100;
  69.    TIM_BDTRInitStructure.TIM_Break = TIM_Break_Disable;         //如打开,开机无输出且状态紊乱????
  70.    TIM_BDTRInitStructure.TIM_BreakPolarity = TIM_BreakPolarity_Low;
  71.    TIM_BDTRInitStructure.TIM_AutomaticOutput = TIM_AutomaticOutput_Disable;

  72.    TIM_BDTRConfig(TIM1,&TIM_BDTRInitStructure);

  73.    TIM_OC1PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);  //使能捕获比较寄存器预装载(通道1)

  74.    TIM_OC2PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);         //使能捕获比较寄存器预装载(通道2)

  75.    TIM_OC3PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);         //使能捕获比较寄存器预装载(通道3)

  76.    TIM_SelectInputTrigger(TIM1, TIM_TS_ITR2);        //输入触发源选择TIM3   

  77.    //TIM_SelectSlaveMode(TIM1, TIM_SlaveMode_Trigger);//从模式选择 触发         

  78.    TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);

  79.    TIM_Cmd(TIM1,ENABLE);
  80. }
  81. /**********************************************************************
  82. * Description    : None
  83. * Input          : None
  84. * Output         : None
  85. * Return         : None
  86. * Attention      : None
  87. **********************************************************************/
  88. void BLDC_TIM3Config(void)
  89. {
  90.    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;                           //基本结构体变量定义
  91.    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;                      //定义结构体变量
  92.    TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;                     //输出结构体变量定义

  93.    TIM_DeInit(TIM3);

  94.    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71;                                   //TIM基本初始化
  95.    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
  96.    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =65535;
  97.    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
  98.    TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;

  99.    TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure);     

  100.    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;            //选择通道1
  101.    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //输入上升沿捕获  
  102.    TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_TRC;  //配置通道为输入,并映射到哪里
  103.    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;       //输入捕获预分频值
  104.    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 10;                      //输入滤波器带宽设置

  105.    TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);                     //输入通道配置

  106.    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;                     //TIM输出通道初始化
  107.    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;            
  108.    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse =1023;
  109.    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;      

  110.    TIM_OC2Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);

  111.    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Timing;                     //TIM输出通道初始化
  112.    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Disable;            
  113.    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse =65535;
  114.    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;      

  115.    TIM_OC4Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);

  116.    TIM_SelectHallSensor(TIM3,ENABLE);                          //使能TIMx的霍尔传感器接口

  117.    TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1F_ED);               //输入触发源选择   

  118.    TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_Reset);             //从模式选择

  119.    TIM_SelectMasterSlaveMode(TIM3, TIM_MasterSlaveMode_Enable);//主从模式选择        

  120.    TIM_SelectOutputTrigger(TIM3, TIM_TRGOSource_OC2Ref);      //选择输出触发模式(TRGO端)

  121.    TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Trigger|TIM_IT_CC4, ENABLE);      //开定时器中断
  122.    //TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);
  123. }
  124. /**********************************************************************
  125. * Description    : None
  126. * Input          : None
  127. * Output         : None
  128. * Return         : None
  129. * Attention      : None
  130. **********************************************************************/
  131. void huanxiang(void)
  132. {
  133.   u8 irq_zhuanzi;

  134.   irq_zhuanzi=(u8)((GPIOA->IDR&0x000000c0)>>6);        //读转子位置
  135.   irq_zhuanzi|=(u8)((GPIOB->IDR&0x00000001)<<2);
  136.   if(zheng_fan==RESET)
  137.   {                                                                         //正转
  138.     switch(irq_zhuanzi)                                 //根据转子位置,决定CCER输出相位和转子字偏移量
  139.     {
  140. /*          case 0x01:{                                                                                                                              
  141.                                     TIM1->CCER=0x3081;    //1,4
  142.                             };break;
  143.           case 0x03:{
  144.                                   TIM1->CCER=0x3180;        //4,5                             
  145.                     };break;                                                        
  146.             case 0x02:{
  147.                                   TIM1->CCER=0x3108;        //2,5
  148.                             };break;
  149.           case 0x06:{
  150.                                   TIM1->CCER=0x3018;        //2,3                                 
  151.                     };break;
  152.           case 0x04:{
  153.                                   TIM1->CCER=0x3810;        //3,6                                 
  154.                     };break;
  155.           case 0x05:{
  156.                                              
  157.                                   TIM1->CCER=0x3801;    //1,6                                 
  158.                     };break;
  159.           default:break;  */
  160.           case 0x05:{                                                                                                                              
  161.                                     TIM1->CCER=0x3081;    //1,4
  162.                             };break;
  163.           case 0x04:{
  164.                                   TIM1->CCER=0x3180;        //4,5                             
  165.                     };break;                                                        
  166.             case 0x06:{
  167.                                   TIM1->CCER=0x3108;        //2,5
  168.                             };break;
  169.           case 0x02:{
  170.                                   TIM1->CCER=0x3018;        //2,3                                 
  171.                     };break;
  172.           case 0x03:{
  173.                                   TIM1->CCER=0x3810;        //3,6                                 
  174.                     };break;
  175.           case 0x01:{
  176.                                              
  177.                                   TIM1->CCER=0x3801;    //1,6                                 
  178.                     };break;
  179.           default:break;
  180.     }  
  181.   }
  182.   else
  183.   {                                                                         //反转
  184.         switch(irq_zhuanzi)                                 //根据转子位置,决定CCER输出相位和转子字偏移量
  185.     {
  186.           case 0x01:{                                                                                
  187.                                     TIM1->CCER=0x3810;
  188.                             };break;
  189.           case 0x05:{
  190.                                   TIM1->CCER=0x3018;                                    
  191.                     };break;                                                        
  192.             case 0x04:{
  193.                                   TIM1->CCER=0x3108;
  194.                             };break;
  195.           case 0x06:{
  196.                                   TIM1->CCER=0x3180;                                          
  197.                     };break;
  198.           case 0x02:{
  199.                                   TIM1->CCER=0x3081;                                          
  200.                     };break;
  201.           case 0x03:{                                               
  202.                                   TIM1->CCER=0x3801;                                          
  203.                     };break;
  204.           default:break;
  205.     }
  206.   }
  207. }
  208. /**************启动******************/
  209. void BLDC_Start(void)
  210. {
  211.    TIM1->SMCR|=0x0006;        //开TIM1的输入触发        
  212.    TIM1->DIER=0x0040;         //开TIM1的触发中断
  213.    huanxiang();                              //调用换向函数,启动                                                                  
  214.    TIM3->CR1|=0x0001;                  //开TIM3
  215.    TIM3->DIER|=0x0050;                  //开TIM3中断  
  216. }
  217. void BLDC_Stop(void)
  218. {
  219.    TIM1->SMCR&=0xfff8;                  //关闭TIM1的输入触发
  220.    TIM1->CCER=0;              //关闭TIM1的六路输出
  221.    Delay_us(40);                              //延时(加死区)
  222.    TIM1->CCER=0x0ccc;         //打开三路下管,进行能耗制动
  223.    while(stalling_count<1);    //等待电机停止(TIM3连续溢出10次,即认为电机已停转)   
  224.    TIM1->CCER=0;              //关闭TIM1的六路输出,关刹车                  
  225.    TIM3->CR1&=0xfffe;         //关闭TIM3                                                  
  226.    TIM3->CNT=0;               //清TIM3的计数器                                   
  227.    TIM3->DIER&=0xffaf;                  //关TIM3中断
  228. }
  229. /**
  230.   * @brief  This function handles PPP interrupt request.
  231.   * @param  None
  232.   * @retval : None
  233.   */
  234. void TIM1_TRG_COM_IRQHandler(void)
  235. {
  236.   TIM1->SR&=0;           //清中断标志

  237.   huanxiang();                     //调用换向函数
  238. }
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