飛控開發(fā)基礎(chǔ)-[9] STM32 PWM（電機(jī)控制）

ID:716213 · 發(fā)表于 2020-3-27 10:32

PWM（電機(jī)控制）
一、PWM簡(jiǎn)介

脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。

PWM在生活中非常的常見(jiàn)，小到呼吸燈的閃爍，達(dá)到航天飛船都會(huì)應(yīng)用到PWM技術(shù)。PWM的波形如下圖所示。

二、占空比簡(jiǎn)介

占空比是脈沖寬度調(diào)制技術(shù)中常用專業(yè)術(shù)語(yǔ)，占空比是指在一個(gè)時(shí)鐘脈沖周期（T）內(nèi)，高電平（t1）的時(shí)間占總周期時(shí)間的比值，即占空比（duty）=t1/T*100%

如下圖所示是一系列典型的脈沖波形。

第一個(gè)PWM波，周期為10ms，高電平的時(shí)間為4ms，所以占空比為40%，同理第二個(gè)PWM波為60%，第三個(gè)為80%。

一般地，占空比反映了等效幅值的大�。赫伎毡仍酱�，等效幅值越高；占空比越小，等效幅值越低。如下圖所示為不同占空比對(duì)應(yīng)等效幅值的關(guān)系示意圖。

三、STM32的PWM模式

STM32上定時(shí)器有專門的PWM模式，它的原理是通過(guò)定時(shí)器使用比較輸出的方式如下圖所示產(chǎn)生波形。

ARR為自動(dòng)重載寄存器，CCR為捕獲/比較寄存器，CNT就是定時(shí)器的計(jì)數(shù)器，CNT的值從0開始遞增，使用PWM模式后，可以設(shè)置有效電平，以及PWM的模式。上圖所示的是當(dāng)CNT的值小于CCRx時(shí)，輸出低電平，當(dāng)CNT的值大于CCRx時(shí)，輸出高點(diǎn)平，所以我們可以通過(guò)改變ARR的值來(lái)改變PWM的周期，改變CCRx的值來(lái)改變PWM的占空比，從而實(shí)現(xiàn)任意頻率任意占空比的PWM波。

四、寄存器

STM32的PWM輸出模式涉及到以下寄存器。

（1）TIMx_CR1：定時(shí)器控制寄存器1，如下圖所示。

其中CKD來(lái)設(shè)置時(shí)鐘分頻，ARPE來(lái)使能自動(dòng)重載預(yù)裝載，CEN來(lái)使能計(jì)數(shù)器。

（2）TIMx_CCMR1：定時(shí)器捕獲比較模式寄存器，如下圖所示。

OC1M來(lái)配置PWM的模式，PWM模式1，CNT<CCR1時(shí)為有效狀態(tài)、CNT>CCR1時(shí)為無(wú)效狀態(tài)；PWM模式2，CNT<CCR1為無(wú)效狀態(tài)、CNT>CCR1為有效狀態(tài)。OC1PE來(lái)使能預(yù)裝載。CC1S來(lái)配置通道的輸入輸出模式（默認(rèn)為輸出模式）。

（3）TIMx_CCER：捕獲比較使能寄存器，如下圖所示。

CC1P來(lái)配置輸出極性，可以選擇高電平有效或者低電平有效。CC1E來(lái)使能捕獲/比較。

五、PWM電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)

PWM電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)使用STM32的定時(shí)器的PWM輸出功能，可對(duì)飛控上的電機(jī)所在的引腳，產(chǎn)生不同占空比的PWM，從而實(shí)現(xiàn)讓四個(gè)電機(jī)以不同的速度旋轉(zhuǎn)。（注意：做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，占空比不要調(diào)節(jié)過(guò)大，該實(shí)驗(yàn)會(huì)使旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)，要小心無(wú)人機(jī)的旋翼劃傷手）無(wú)人機(jī)的四個(gè)旋翼如下圖所示。

根據(jù)原理圖，可以看到四個(gè)電機(jī)分別由兩個(gè)AO9926C控制，AO9926C其實(shí)想當(dāng)于是兩路的N溝道MOS管，兩個(gè)AO9926C的四個(gè)MOS管的G極（柵極）接口分別是：PB6、PB7、PB8、PB9，如下圖所示。

查看數(shù)據(jù)手冊(cè)可知，PB6、PB7、PB8、PB9分別對(duì)應(yīng)的是TIM4_CH1、TIM4_CH2、TIM4_CH3、TIM4_CH4，即定時(shí)器4的輸出通道1~4。

配置輸出PWM的代碼編寫的思路如下：

1	管腳配置	1、定義結(jié)構(gòu)體； 2、使能時(shí)鐘； 3、填充結(jié)構(gòu)體； 4、裝載結(jié)構(gòu)體。
2	定時(shí)器配置	1、定義結(jié)構(gòu)體； 2、使能時(shí)鐘； 3、填充結(jié)構(gòu)體； 4、裝載結(jié)構(gòu)體。
3	PWM輸出參數(shù)配置	1、定義結(jié)構(gòu)體； 2、填充結(jié)構(gòu)體； 3、裝載結(jié)構(gòu)體； 4、使能輸出。
4	改變占空比	1、改變占空比參數(shù)。

定時(shí)器PWM輸出的初始化代碼如下：

裝載不同的CCR值，產(chǎn)生不同的占空比，從而使四個(gè)電機(jī)以不同的速度旋轉(zhuǎn)，代碼如下圖所示。

其中TIM4_CH1裝載CCR值為25、TIM4_CH2裝載CCR值為50、TIM4_CH3裝載CCR值為75、TIM4_CH4裝載CCR值為100。如下圖所示。

保存、編譯、下載代碼（注意旋翼會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，小心劃傷），可以看到四個(gè)旋翼以不同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，其中轉(zhuǎn)速的排序?yàn)榻釉?/font>PB6的電機(jī)<接在PB7的電機(jī)<接在PB8的電機(jī)<接在PB9的電機(jī)。

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