【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

技术帖
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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)
3 [9 Z+ P g% J. q! W) g: e
. q! V& {- X) T0 w& R$ [, l- l9 S

! K+ |! T! E9 V# Y5 j2 a
) m/ \8 R2 H' C5 G0 w& u9 t>整体电路

/ {+ i g9 m, F编程STM32

#include <LiquidCrystal.h> // LCD库
7 q/ k1 j( G8 \4 a7 T* B* @+ ~
( s; V+ j+ C0 `' S
//声明LCD连接到STM32的哪个引脚# a- \4 c! ]$ t1 _6 v8 f- G
const int rs = PB11, en = PB10, d4 = PB0, d5 = PB1, d6 = PC13, d7 = PC14;
) ~4 N2 y) k/ b5 I8 `$ @
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7); //初始化 LCD
" O& X" l" j* }6 k2 x; L' i
const int analoginput = PA4; //电位器输入4 h4 \0 h4 [. T/ d
const int led = PA9; // LED PWM输出
7 W# I4 d/ L" U& h$ L
const int fan = PA8; // 风扇输出
6 t! ]' @. z+ W4 k9 k2 J, d
void setup(); Q# k9 E; v g( v5 d
{. f+ W8 t4 P! H& q& F
lcd.begin(16,2); //16*2LCD2 [% h8 U$ V: ^6 I) C
lcd.clear(); //LCD清屏( h* v: y& r% u! Y3 l F
lcd.setCursor(0,0); //将光标设置在第0行和第0列9 T# j$ h9 J- |- _- J
lcd.print("Hello World");
0 A5 K) T: V2 }9 B* W
lcd.setCursor(0,1); //设置光标在第二行第一列
7 g3 F7 N! h* ?+ r- D- o
lcd.print("PWM USING STM32"); //LCD显示 PWM using STM32
1 ?2 G" q) w* l
delay(2000); // 延时2秒
" [: \) x4 ]4 b2 Y9 v4 s" z, s
lcd.clear(); // LCD清屏
4 y4 v$ N8 E4 { ~4 Q& R' j2 Q
pinMode(analoginput, INPUT); // 设置为模拟输入9 }/ J: W. |3 o& D9 k
pinMode(led, PWM); // 设置为PWM输出控制led, p0 s }2 F& }
pinMode(fan, PWM); // 设置为PWM输出控制风扇$ {: j0 B7 P& }8 ?
}( x0 U% {; U$ `# z2 t$ e
void loop()0 C G: R+ ~3 E: g
{
, O. @) H& ?4 Z( o
int valueadc = analogRead(analoginput); //从引脚 PA4 读取 ADC 值（电位器值）
* X" O/ g4 I1 ~- q6 G c9 W
int result = map(valueadc, 0, 4095, 0, 65535); //把valueadc 从0-4095映射转为0-65535映射 % O D3 Q1 V* }- Z7 H& W
并存储到result中! C+ `6 Y H" l
/ C K7 D& K) O- t. _; ^
pwmWrite(led, result); //以PWM波控制LED
( b, h1 R0 e6 m& C. x+ K# l
pwmWrite(fan, result);/ x R. L, |5 l# O/ @/ e" v
lcd.setCursor(0,0); //设置光标位置( {8 g9 O& _3 ?" k- _( A2 d/ c/ n
lcd.print("ADC value= "); // LCD 显示ADC value=
3 V: w; v. @1 i+ u& n: e
lcd.print(valueadc); //显示电位器ADC值
4 T+ `4 b* q) ?6 B P' A
lcd.setCursor(0,1); //设置光标位置' g2 C( G4 _( B3 D# @, J! i+ f5 c
lcd.print("Output = "); //LCD 显示Output =
- J x3 q5 I! V2 \; U1 Y
lcd.print(result); //显示电位器映射0-65535的值. x) E$ d4 n" x. E. {
}+ x, K* y5 {- O& y: Z
# k. {% ]0 L1 t# G$ u' q