STM32实例-步进电机的速度控制

[复制链接]

STMCU小助手发布时间：2023-1-3 17:34

文章
文章封面:
文章简介:	STM32实例-步进电机的速度控制

8 }3 ^6 \% c. G1 f0 _

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。

4 C; i% E: `2 ^" i5 B9 G8 ]+ n

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。

9 n* O, s$ C ^3 F2 U0 ?* d$ a

周期固定，调整占空比

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。

; y' q$ D4 a5 B! J

占空比固定，调整周期

1 U2 t4 F" s" R/ z9 {* ~) r

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。

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。

8 m0 T1 n+ f' U# o+ j

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。

Q$ E! C) [2 {+ I! N

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

" `' {$ ]% O' m' b1 L( v

PSC = 72M / (1/CK)

例如，rtz所确定的CK长度为10us(0.00001s)，即可得出方程。

' N" H! X( W, h0 i/ _

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。

, k4 x) i6 D( X* f1 V1 o: ^- `

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0XFFFF;; z. D/ Y% Z9 e+ |& `9 F, F
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =720;# Q0 U/ z4 I9 r2 v; [0 t5 E3 n! W* s
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;0 R8 D6 O: P3 M& n
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;1 H: E4 a9 }0 ^; a: ` T( }
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

8 P6 ]* G0 S& f) I& p! @; e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：  o- B& P$ ^6 s. e0 `# O9 w. j5 v
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Toggle;7 b4 Y! j4 U  u* K' J1 ^
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500;
3 N3 N6 i/ {; W5 L6 x/ Q: CTIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
" O8 ?2 u. N. J! f0 H4 D. cTIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
0 a, @% Z' a4 u- \* {0 @  V) QTIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;
: S! j) U5 k3 BTIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;/ K: u. ~3 i% l) y- t
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

% s/ g* t! T! m3 G
开启输出比较中断，配置NVIC优先级：

TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_CC1, ENABLE);
8 ?9 k! x/ B2 d4 hNVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
: X6 M. e. x7 f9 \: K- d: t% \2 INVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
1 p4 i! P# m9 y9 mNVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
9 J2 u2 r1 [2 Y1 {2 Y. [" {( D9 uNVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;% W* J: T1 |( f, S
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

编写中断服务函数
0 C4 r) S% @; @4 M5 B- ]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。+ X$ J6 x7 x9 t# X
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.$ |; M1 F$ w- ?" i
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。
: L4 G6 ^) e, d5 X2 P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 F+ x; g- z" @8 R- x$ C
void TIM2_IRQHandler(void)4 Y+ A6 B! V; e) [0 [ H/ e1 y: H0 c) _
{
' P( N5 K! U" ]' a8 Oif (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC1) != RESET) {
7 w' O1 R. ^3 lTIM_SetCompare1(TIM2,(TIM2->CNT+t_m)%0XFFFF);
8 }0 c; N' D& _" K( o" d# j, wTIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC1);% L& \* B6 s$ c; G+ H
}6 x9 Z! M" j9 [4 q$ n
}