项目需求

    在制作一个使用全向轮的机器人底盘，对于全向轮，电机的精度是影响效果的重要因素。所以使用了步进电机，使用步进电机的优点是可以不使用编码器，开环控制即可达到高精度的效果。

调整占空比或者调整周期

    众所周知，PWM有两个重要参数，周期与占空比。
8 F, H7 m- ?. F$ M    步进电机的运动方式是，每收到一个脉冲,就旋转指定的角度。因此影响电机速度的唯一参数就是PWM的频率。以下附图两张来说明调整占空比与调整周期的区别。

. F6 z! @" J' S6 Z) e- w2 T1 _

周期固定，调整占空比

2 h" t9 P  n5 s8 U3 k) `( m    上图中有4个PWM，它们的周期是一样的，不同之处是拥有从80%至20%的占空比。可以看出，无论占空比为多少，在1s内，它们产生的高电平的数量是一样的，即无论占空比为多少，PWM的频率都一致。因此也就无法调整步进电机的速度。因为步进电机的速度仅与PWM的频率有关。

占空比固定，调整周期

    上图中有4个PWM，它们的占空比都固定为50%，却拥有不同的周期。可以看出，即使占空比固定，只要动态调整周期，PWM就能在相同时间内产生数量不同的脉冲。因此，固定占空比，动态调整PWM周期，即可达到控制步进电机速度的效果。

' D. ~% ~/ K* N* |$ P  k5 L' C1 Q

基于STM32的实现

    在STM32F1中，定时器具有PWM模式，可以用来产生PWM。相关文章：STM32中PWM的配置与应用详解。但是，STM32的PWM模式，只要确定了时基单元(即确定了PWM周期)，改变输出比较寄存器，仅可改变PWM的占空比。
    若需要改变PWM周期，需不停地改变定时器的时基单元。但时基单元与硬件相关，不适合频繁变更。因此，步进电机的调速，不适合使用STM32下定时器的PWM模式来控制。
    在多方查找资料后，确定了一种利用输出比较精确控制PWM周期的方式。

  I! L, I+ L0 q- h4 y# a: `* d7 T/ @) v

利用输出比较产生频率可变的PWM

    利用输出比较产生频率可变的PWM，原理简单介绍如下：
    首先配置定时器时基单元，确定脉冲最小长度单位CK。
) V$ \& y- q7 x    然后开启定时器的输出比较，设置模式为翻转模式，并开启输出比较中断。
1 T) s1 r0 M5 x    将定时器内计数器CNT当前值，加上脉冲长度X(单位为CK)，写入输出比较寄存器。
$ D6 }" e9 X1 P! }    在X个CK后，将会触发输出比较中断。同时电平翻转。
    在中断中再次将当前计数器CNT的值，加上脉冲长度X，写入输出比较寄存器。
    在X个CK后，将会触发输出比较中断。同时电平翻转。
* q7 ]% q) d# `8 L3 g    在中断中再次将当前计数器CNT的值，加上脉冲长度X，写入输出比较寄存器。
" ~  ]% N+ U, H5 y# P! |* [$ Z/ C    如此往复……
1 P; m: Y+ f4 ?- N, i    以此即可得到一个占空比为50%，周期为2X个CK的PWM。

2 D8 y. F- I/ q7 c

确定最小单位CK，配置时基单元

    首先确定一个最小的间隔CK，规定PWM的高电平长度和低电平长度的单位都是CK。
    即高电平的长度一定是CK的整数倍。低电平亦然。
    然后配置定时器的时基单元，通过CK的长度确定预分频系数。
    已知STM32F103的主频为72MHZ，则时基单元中预分频系数为

1. <font face="Tahoma" size="3" color="#000000">PSC = 72M / (1/CK)</font>

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    例如，rtz所确定的CK长度为10us(0.00001s)，即可得出方程。
# H$ T, v1 o3 \) L

   预分频系数确定为720后，由高速晶振产生的72MHZ的时钟信号被720分频，得到100000HZ的时钟信号。即时钟信号每秒变动100000次。每次10us。同时可将重装载值设定为0XFFFF（16位定时器的最大值）。因为本次使用的输出比较模式不使用更新中断，该值可随意设置。

开启输出比较通道，设置输出比较模式为翻转模式，并配置NVIC，开启输出比较中断，配置输出比较通道：

1. TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Toggle;
   
2. TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500;
   
3. TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
   
4. TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
   , b/ \* W& ~2 p: d
5. TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;
   3 x5 w# z  o& y% H; }
6. TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
   - y7 `& l& O1 B+ V$ k% x
7. TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

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7 V) k+ ~6 A# u8 z6 t) ?4 r$ z. Y1 x6 m

    开启输出比较中断，配置NVIC优先级：

1. TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_CC1, ENABLE);
   1 I5 _: u7 d( U( C: y9 z
2. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
   
3. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
   * N, A" s2 e/ |' p0 ^0 a  N# i
4. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
   ' G% V3 S' T) X% f- ^0 `7 \
5. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
   
6. NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

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; K  Y, ?0 y6 F. |( @9 z" a! e4 }1 x3 J5 u

编写中断服务函数

    在输出比较中断中，唯一要做的事情就是把当前CNT的值取出，加上脉冲长度X，写入输出比较寄存器。
    当计数器达到0XFFFF(之前设定的重装载值)后，再加一会自动变为0.
1 Z0 T; l; W" h$ G1 v    例如,当前CNT值为0XFFFF,脉冲长度为5，很明显，输出比较寄存器应设置为0X0004才可触发下一次中断,而不是0X10004,这样会造成溢出。
    因此将CNT的值与脉冲长度相加后，需要取0XFFFF的余数后，再写入输出比较寄存器。

1. 
   
2. int t_m=5;//低电平和高电平的长度
   ( V* z" }9 e4 E* v0 L3 e
3. void TIM2_IRQHandler(void)
   
4. {
   
5. if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC1) != RESET) {
   $ `( }. X) j3 G( H- z% j
6.     TIM_SetCompare1(TIM2,(TIM2->CNT+t_m)%0XFFFF);
   * E5 x: i1 S$ @7 y/ T+ @
7.     TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC1);
   - ~" p* r( E7 P% E% \2 R+ E. I
8.   }
   $ x. p. U4 G# r2 W! \' @
9. }

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  S' K2 X3 Q+ i0 h

    动态调整中断服务函数中的变量t_m,即可达到修改PWM频率的效果。

2 J, v9 g) u7 W0 C5 v# n
- U4 @+ m' C# @* e3 `1 L