飛控開發(fā)基礎(chǔ)-[9] STM32 PWM（電機控制）

ID:716213 · 發(fā)表于 2020-3-27 10:32

PWM（電機控制）
一、PWM簡介

脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、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，小到呼吸燈的閃爍，達到航天飛船都會應(yīng)用到PWM技術(shù)。PWM的波形如下圖所示。

二、占空比簡介

占空比是脈沖寬度調(diào)制技術(shù)中常用專業(yè)術(shù)語，占空比是指在一個時鐘脈沖周期（T）內(nèi)，高電平（t1）的時間占總周期時間的比值，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PWM波，周期為10ms，高電平的時間為4ms，所以占空比為40%，同理第二個PWM波為60%，第三個為80%。

一般地，占空比反映了等效幅值的大小：占空比越大，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應(yīng)等效幅值的關(guān)系示意圖。

三、STM32的PWM模式

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

ARR為自動重載寄存器，CCR為捕獲/比較寄存器，CNT就是定時器的計數(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CNT的值小于CCRx時，輸出低電平，當CNT的值大于CCRx時，輸出高點平，所以我們可以通過改變ARR的值來改變PWM的周期，改變CCRx的值來改變PWM的占空比，從而實現(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：定時器控制寄存器1，如下圖所示。

其中CKD來設(shè)置時鐘分頻，ARPE來使能自動重載預(yù)裝載，CEN來使能計數(shù)器。

（2）TIMx_CCMR1：定時器捕獲比較模式寄存器，如下圖所示。

OC1M來配置PWM的模式，PWM模式1，CNT<CCR1時為有效狀態(tài)、CNT>CCR1時為無效狀態(tài)；PWM模式2，CNT<CCR1為無效狀態(tài)、CNT>CCR1為有效狀態(tài)。OC1PE來使能預(yù)裝載。CC1S來配置通道的輸入輸出模式（默認為輸出模式）。

（3）TIMx_CCER：捕獲比較使能寄存器，如下圖所示。

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

五、PWM電機控制實驗

PWM電機控制實驗使用STM32的定時器的PWM輸出功能，可對飛控上的電機所在的引腳，產(chǎn)生不同占空比的PWM，從而實現(xiàn)讓四個電機以不同的速度旋轉(zhuǎn)。（注意：做實驗的時候，占空比不要調(diào)節(jié)過大，該實驗會使旋翼轉(zhuǎn)動，要小心無人機的旋翼劃傷手）無人機的四個旋翼如下圖所示。

根據(jù)原理圖，可以看到四個電機分別由兩個AO9926C控制，AO9926C其實想當于是兩路的N溝道MOS管，兩個AO9926C的四個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)手冊可知，PB6、PB7、PB8、PB9分別對應(yīng)的是TIM4_CH1、TIM4_CH2、TIM4_CH3、TIM4_CH4，即定時器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、使能時鐘； 3、填充結(jié)構(gòu)體； 4、裝載結(jié)構(gòu)體。
2	定時器配置	1、定義結(jié)構(gòu)體； 2、使能時鐘； 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，從而使四個電機以不同的速度旋轉(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（注意旋翼會轉(zhuǎn)動，小心劃傷），可以看到四個旋翼以不同的速度轉(zhuǎn)動，其中轉(zhuǎn)速的排序為接在PB6的電機<接在PB7的電機<接在PB8的電機<接在PB9的電機。

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