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。

% c% @8 c- @7 q  A* |# `

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。

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。

周期固定，调整占空比

, U' ~' ~) Q" m9 I+ q; ~* V

+ A( _! U+ f: Y/ L, J0 G; ~' z8 R6 _

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

. m! q+ M2 K5 ]- R3 H2 B6 h

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。

- U/ [1 ?" j' {6 `: l# i2 f% A+ t

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。

1 C- k$ P; p% N6 K

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。

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。

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。

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。

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。

如此往复……

以此即可得到一个占空比为50%，周期为2X个CK的PWM。

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

) m8 l# J: O. n- C6 k; Z

PSC = 72M / (1/CK)

例如，rtz所确定的CK长度为10us(0.00001s)，即可得出方程。

% U" V/ B- w$ O, L. W

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。

' u4 A" D% p+ r5 @3 e8 s

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0XFFFF;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =720;
6 [: B2 |9 ?, T. j- L( ~5 NTIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
6 m2 I- C$ G2 ]TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
: A, E; O6 I0 V+ y/ }  jTIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

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：
- _/ T5 m1 j) g2 Q. ETIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Toggle;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500;
- m4 ^2 ?. T* h9 k3 H! cTIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;
- [3 I9 P' E  S" fTIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
9 j- V; O0 E* {0 L: KTIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

( [+ d  R/ _$ _/ y5 I  i开启输出比较中断，配置NVIC优先级：

TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_CC1, ENABLE);
0 v1 ~* }0 E2 J' w! f+ g& {NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
$ M4 R- ]4 g$ o. e; iNVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
; \1 Y/ E3 r( N* m; x2 INVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
5 J6 P: T* G% u6 Q# dNVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

编写中断服务函数
, b3 @9 J$ _. M0 S2 Q2 C4 Z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.
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。

int t_m=5;//低电平和高电平的长度
1 \+ Q7 P0 m: P, R$ E) wvoid TIM2_IRQHandler(void)
{
if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC1) != RESET) {
TIM_SetCompare1(TIM2,(TIM2->CNT+t_m)%0XFFFF);
, @" }( ^5 Y/ S4 ]/ a) tTIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC1);
, b  P0 J+ y2 \- B3 k% y/ }}
}

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。

转载自：infinigo