【经验分享】STM32F103C8T6+L298N通过PWM控制直流电机转速

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STMCU小助手发布时间：2022-4-26 22:51

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文章简介:	STM32F103C8T6+L298N通过PWM控制直流电机转速

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：

TS56W()EYKOD`W)XO03D@BB.png

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

$[N``81R]7J0[J0G0P(I6ZQ.png

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。

}C3CO4J$NN{`X{PKZ~EWZSB.png

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。

ZM)C)IRM[[5CHG3$RI}78UI.png

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。

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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

0OTFNJT`61%$EL47F~)LNGM.png

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。

$E%W[35S{1%ZND6_W@%I(`WO.png$

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"
6 c' _; o7 f. E: @& Q9 T2 G
- c$ @* R, |! h
/********************
1 E9 M% s6 H6 ^
功能：通用时钟2用来产生通道1234四路PWM信号
) b( l" }2 E b! g2 k3 r
函数：TIM2_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
0 M- T- [3 X5 j3 `
作者：K.Fire
( f# W& O! A. X3 E+ E7 V
日期：2022.01.304 b+ H1 t* U/ X6 y, @9 E
引脚：PA0 PA1 PA2 PA3
1 C( c7 t/ o& L6 w- i! U% b3 ~
参数：arr：自动重装值 psc：时钟预分频数
2 `3 E; {7 _6 D5 ?- w$ C: y
*****************/
' v7 \* ]! }3 c5 |9 o9 m B: r$ Z
4 e% x/ R" ?5 X( h8 H
void TIM2_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
# B' d: W4 E( I7 \3 P! O8 ?
{ 0 I4 l, u* D9 Z* v" d0 ?0 A1 V
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
! r r+ \; y2 c% Y$ N
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;3 u+ `; l, M/ a1 e3 q- Q
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;5 U! {. @7 I9 g1 T/ h0 h: P# \8 V
3 w9 j6 D8 ~- K% U" L# W
//使能GPIOA外设模块时钟
* _! ]. ?* _" M/ a% N
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
& F# g$ E7 H2 ?
2 d# c. E! H+ i! [( O
//设置引脚为复用输出功能,输出TIM2 CH1的PWM脉冲波形 GPIOA.0' J' v+ S5 ~3 d3 }# y& u
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //TIM2_CH1
+ P2 R+ q9 i3 o- V9 i# c- K
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出% G" h1 |) e ]: V* f
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
' H9 T, S i" }4 _
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO+ G) [. i/ q9 y
0 o2 f- z% ]" |9 V- y# E+ P
//设置引脚为复用输出功能,输出TIM2 CH2的PWM脉冲波形 GPIOA.1
% V3 D$ O3 w3 N+ _1 E8 a) Z p: _
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; //TIM2_CH2% i) e3 n" o9 b7 x! y2 n. s* ?
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO
9 e( ?8 T) G* ]. ]
$ h9 e. x7 p) B0 F% `# V. `' I3 j7 h1 h
//设置引脚为复用输出功能,输出TIM2 CH3的PWM脉冲波形 GPIOA.2
+ C9 I9 n6 K, n) a* w
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; //TIM2_CH3
+ x9 m% k$ `, ^# k
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO) X. U9 f) t* n0 R5 Y; K, N3 i
2 o4 |! j9 p/ M
//设置引脚为复用输出功能,输出TIM2 CH4的PWM脉冲波形 GPIOA.31 P0 [" [$ f# p' C& h; ]- q
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; //TIM2_CH4
4 o( R3 R: f2 R! Z: @9 @
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO: y# b, p9 ~: a5 _( S0 C
+ O4 }. M4 R' G& D: w! b
//使能定时器2时钟
% o1 n- v/ Q/ [; S2 d: [
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
* O. A/ O2 b, O% S' [
//初始化TIM2) o8 u d7 _0 f) K, t' |
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 g1 F5 B- a b0 e
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
' Y, h+ [5 C, [8 E( k4 S* W. P
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim+ t% A, b* Q0 m* a
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式. G! x0 L' G7 M9 q
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
' ~) j0 V0 m" z7 T
7 c4 L) s& t& t, k
//初始化TIM2 Channe1234 PWM模式
S, U) ]3 j. R5 Z& h- ?
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2; T8 I' M1 \5 U9 A7 }5 x6 W k n* @
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
b5 h. J2 [% \6 f# c
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高
7 g6 d8 ~; b, k% g2 L2 H$ G
& R3 l$ d# v9 q2 ^2 ]; R. R
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); //根据T指定的参数初始化外设TIM2 OC1
6 Z t" g7 D. G/ @' e* k9 U
TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); //根据T指定的参数初始化外设TIM2 OC2' m- Y; V) _& e1 H; |3 Y; [
TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); //根据T指定的参数初始化外设TIM2 OC3) k9 {% t% A9 b' b
TIM_OC4Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); //根据T指定的参数初始化外设TIM2 OC4
9 Z3 p1 \) y$ _; M; Z9 p
; B& W/ ?7 B, o5 a4 u( M
TIM_OC1PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM2在CCR1上的预装载寄存器
: |* w9 l3 O- |
TIM_OC2PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM2在CCR2上的预装载寄存器+ _% Z; a$ B6 M2 n- y
TIM_OC3PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM2在CCR3上的预装载寄存器" g0 I5 c: h) ]- }/ _9 A
TIM_OC4PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM2在CCR4上的预装载寄存器
, y8 E2 ~1 p" J& L# Y6 J
- h' x3 ~+ C% ?
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); //使能TIM2
- L$ J3 ?5 \ ?: @2 X0 Y
" d# C, q3 D1 @, c& I) G
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