【经验分享】STM32 脉宽调制 (PWM)：控制直流风扇的速度

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STMCU小助手发布时间：2022-6-21 13:23

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文章简介:	STM32 脉宽调制 (PWM)：控制直流风扇的速度

在之前的文章中，我们已经了解了使用 STM32 进行 ADC 转换。现在，我们将了解STM32 中的 PWM（脉冲宽度调制）以及如何使用 PWM 技术控制 LED 的亮度或直流风扇的速度。

我们知道有两种类型的电路信号：模拟和数字。模拟信号有3V、3.1V、2V...等电压信号，而数字信号只有1 和 0。

传感器输出的是模拟信号，这些模拟信号使用 ADC 转换为数字信号，因为微控制器只理解数字信号。处理完这些 ADC 值后，需要再次将输出转换为模拟形式以驱动模拟设备。为此，我们使用某些方法，如 PWM、数模 (DAC) 转换器等。

什么是 PWM（脉冲宽度调制）？（前面的文章也有相关介绍）
PWM可以让数字值控制模拟设备，例如控制电机的速度，LED的亮度等。我们知道电机和LED工作在模拟信号上。但是PWM不提供纯模拟输出，PWM看起来像是由短脉冲产生的模拟信号。

PWM 的占空比

PWM 信号保持高电平（ON Time）的时间百分比称为占空比。如果信号始终打开，则占空比为 100%，如果始终关闭，则占空比为 0%。

占空比 = ON Time /（ON Time + OFF Time）

STM32中的PWM
STM32F103C8 有 15 个 PWM 引脚和 10 个 ADC 引脚。它具有 16 位 PWM 分辨率（2^16）。

所以 65535 的值为100% 占空比，平均电压=总电压；

同样，32767 的值为50% 占空比，平均电压=50%总电压；

13107 的值为20% 占空比，平均电压=20%总电压。

这里我们使用电位器和 STM32 通过 PWM 技术来改变 LED 的亮度和直流风扇的速度。1602 LCD用于显示 ADC 值 (0-4095) 和输出的PWM 值 (0-65535) 。

直流风扇：这里使用的直流风扇是PC 的 BLDC 风扇。它需要额外提供电源，所以我们使用 9V 直流电池。

ULN2003电机驱动IC：用于单向驱动电机。下面是ULN2003的图片图：

引脚（IN1 到 IN7）是输入引脚，（OUT 1 到 OUT 7）是相应的输出引脚。COM 是负载的正极电压。

电位器：使用两个电位器，一个用于分压器，用于模拟输入到 ADC，另一个用于控制 LED 的亮度。

STM32的管脚细节

我们可以看到 PWM 引脚以波浪线(~) 表示，有 15 个这样的引脚；有 10 个 ADC 引脚用于模拟输入，ADC 引脚以绿色标出。

电路图和连接

STM32 与各种组件的连接说明如下：

> STM32的模拟（ADC）输入

靠近ST32开发板的电位器的中心引脚连接到STM32 的ADC引脚（PA4），该电位器用来调节输入ADC的电压。

>STM32连接LED

STM32 PWM 输出引脚（PA9）通过串联电阻连接到 LED 的正极引脚，LED并联一个电容。

>STM32 连接ULN2003 和 ULN2003连接风扇

STM32 PWM 输出引脚（PA8）连接到 ULN2003 IC 的输入引脚（IN1），ULN2003 的相应输出引脚（OUT1）连接到直流风扇的负极线。

直流风扇的正极引脚连接到 ULN2003 IC 的 COM 引脚，外部电池（9V DC）也连接到 ULN2003 IC 的相同 COM 引脚。ULN2003 的GND、 STM32的GND、电池负极连接到电路相同的 GND。

>STM32 连接LCD (1602)
% E8 M% I9 i6 v4 L j" i1 i
- B) G5 L& e+ r! i, I

3 ^7 S2 a# c! F" k
2 D- X) D3 m4 C( l% q% `" g0 g# ~1 @
>整体电路

. S! U4 R2 b( R8 k* }
编程STM32

#include <LiquidCrystal.h> // LCD库. x) ^. n6 {' r6 w0 z7 D
' ^4 S7 u& y& G% v0 `. F) |2 n6 b. v$ x6 X
//声明LCD连接到STM32的哪个引脚( S g9 Z3 } y5 L4 j& u
const int rs = PB11, en = PB10, d4 = PB0, d5 = PB1, d6 = PC13, d7 = PC14;0 r4 V7 A4 X2 O
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7); //初始化 LCD
7 D0 _4 {% F5 Z" p- p8 W3 L
const int analoginput = PA4; //电位器输入' F( } @& ]* d; I# }+ X5 K
const int led = PA9; // LED PWM输出" i7 g+ h- n; X
const int fan = PA8; // 风扇输出
! r9 }! M! Q4 R$ ~
void setup()
: t, n: a' t$ a" O; ]. q. _' ~: g
{ j! R) U/ d' X+ n
lcd.begin(16,2); //16*2LCD
: J7 y1 `: N1 w- ]. C3 F* K
lcd.clear(); //LCD清屏) v0 P$ u: G5 u
lcd.setCursor(0,0); //将光标设置在第0行和第0列
, J7 G' M7 K: v7 V3 O
lcd.print("Hello World");
$ X0 |$ i: ?! ]
lcd.setCursor(0,1); //设置光标在第二行第一列# ]9 r6 K( s4 `/ w# C3 _
lcd.print("PWM USING STM32"); //LCD显示 PWM using STM32
0 \; F" w/ [' o3 k, K& |% u
delay(2000); // 延时2秒
6 Y7 Y4 D2 x p2 v2 O
lcd.clear(); // LCD清屏
* h6 b! T5 K9 i0 @
pinMode(analoginput, INPUT); // 设置为模拟输入
- t* \4 S/ s8 y7 e* p
pinMode(led, PWM); // 设置为PWM输出控制led B; U `% I( Y5 T' |+ W% b
pinMode(fan, PWM); // 设置为PWM输出控制风扇" @, C3 i7 A" X1 R2 ~# P# Y; k3 }
}
( D, ]! Y2 }3 b, X2 }6 Y# H4 W
void loop()( }* X- A7 e9 x) L
{# ]5 T: ]* a( G, v6 O$ a5 `
int valueadc = analogRead(analoginput); //从引脚 PA4 读取 ADC 值（电位器值）
: Z+ f3 I8 G( R, g0 O
int result = map(valueadc, 0, 4095, 0, 65535); //把valueadc 从0-4095映射转为0-65535映射
$ Y6 o4 ]9 |; q6 j" i. ^; Y0 [3 t/ l
并存储到result中
1 ]4 J" C% q% L) ?5 b& @
: \* p/ _5 q% x8 ]# O0 ?$ o. m& ^) p
pwmWrite(led, result); //以PWM波控制LED
2 q6 ~% q' }" [; L* h
pwmWrite(fan, result);& x5 r4 n0 \& o9 `/ B
lcd.setCursor(0,0); //设置光标位置
- z/ W R' i4 E
lcd.print("ADC value= "); // LCD 显示ADC value=9 Q$ s+ l$ O1 b5 L; P# l' `
lcd.print(valueadc); //显示电位器ADC值* q* T* p8 w3 f# r; l
lcd.setCursor(0,1); //设置光标位置
8 ~- H' U2 M0 q: [; ^
lcd.print("Output = "); //LCD 显示Output = K2 {7 K3 {! {0 O9 B
lcd.print(result); //显示电位器映射0-65535的值
# w9 U" |* R6 n3 h
}
! J2 M7 m2 l6 _; i2 q- W4 r- H
$ ^8 _, s' T, W/ c0 [