代码收藏家技术教程 2024-12-26

STM32电机控制

stm32控制电机使用

设计目的：控制电机转速、转动距离

所涉及内容：步进电机、驱动芯片、定时器编码器功能、PWM输出功能

1.电机

1.1分类

直流电机：

通过电流产生一个旋转磁场，使电机轴旋转。电流方向的变化会改变电动机的转动方向。方向转换需要由H桥电路控制，一般选择使用匹配的驱动芯片。

电机的转速与供电电压成正比，电流的大小与负载成正比。可以通过控制pwm占空比来调速。

步进电机

步进电机是一种特殊类型的电动机，它通过将电流分配到绕组（线圈）来实现精确的定位和速度控制。与传统的直流电机不同，步进电机可以通过精确控制输入信号，实现逐步的旋转，适合需要高精度定位的应用，如3D 打印机、激光切割机和机器人等。

通过分步驱动的方式工作，将电机转动分为若干小步。每个步进对应一个固定的角度（如1.8°的步进电机每转一圈有200个步进）。

步进电机的转动是离散的，精确控制每一步的位置。

电机可根据需求选择直流电机或步进电机等其他类型；微型直流电机如不需要精确位置与方向切换可以直接输出PWM控制不使用驱动芯片。

1.2步进电机的特点

精确控制：每个步进都会转动一个固定的角度，一般从1.8度（200步/转）到0.9度（400步/转）不等。例如，雷赛电机42CME02，步距角1.8°、保持转矩0.2~0.8 N.M、内置1000线增量式光电编码器、大转矩、低发热、高平稳性、高一致性。
定点控制：适合需要精确移位的应用。
高扭矩：在低速时具有较高的扭矩。
构造简单：相对简单的机械结构和控制。
常见类型：
永久磁铁步进电机：具有较高的扭矩，适合低速应用。
恒流步进电机：适合高扭矩应用，具备良好的响应特性。
混合式步进电机：结合了前两者的优点，兼具高扭矩和精度。
控制方式：

步进电机的控制通常通过微步控制器实现，微步技术可以提高电机的平滑性和精度。

2.驱动芯片

常见电机驱动芯片

步进电机驱动芯片：
A4988：常用于控制两相步进电机，能够实现微步控制。
DRV8825：具有更高的电压和电流容许范围，可以驱动更大功率的步进电机。
bd63521：能够实现微步控制。
直流电机驱动芯片：
L298N：一个双向直流电机驱动芯片，常用于机器人和电动轮车。
TB6612FNG：比L298N更小巧、效率更高，适合低功耗项目。
伺服电机驱动芯片：
MC33932：专为控制大型直流电机和伺服电机设计，提供高效能和保护功能。

3.timer配置

3.1 定时器PWM输出功能

/**********************************************************
** 函数名:PWM_Init_TIM1
** 功能描述: 定时器初始化函数
** 入口参数：预分频值，自动重装载值
** 输入参数: Psc(预分频值)，Arr（自动重装载值）
** 输出参数: 无
***********************************************************/
void PWM_Init_TIM1(u16 Psc,u16 Arr) 
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;                    //GPIO初始化
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;      //定时器初始化
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;				    //定时器通道初始化
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_TIM2 | RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);//开启时钟
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;      // 初始化GPIO--PB10为复用推挽输出 TIM2_CH3
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);                          //GPIO初始化
	
	TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseInitStruct);            //用其默认值填充每个TIM_TimeBaseInitStruct成员
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;      //分频因子
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;  //向上计数模式
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period=Arr;                      //自动重装载值
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler=Psc;				    //预分频值
	TIM_TimeBaseInit(TIM1,&TIM_TimeBaseInitStruct);             //完成定时器初始化
	
	TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;     			 // 初始化输出比较
	TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;
	TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
	TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse=0;
	TIM_OC1Init(TIM2,&TIM_OCInitStruct);//定时器通道1初始化
	
	TIM_OC1PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);// OC1预装载寄存器使能//CH1 TIM1
	TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);
	
	TIM_ARRPreloadConfig(TIM2,ENABLE); //允许或禁止在定时器工作时向ARR（自动重装载值）的缓冲器中写入新值，以便在更新事件发生时载入覆盖以前的值,此处为允许
	//TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE); 
	//TIM_Cmd(TIM1,ENABLE);           //定时器使能 可以先不使能输出，等需要动作时在开启
}

3.2定时器编码器功能

void TIM3_Int_Init()
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);

//定时器设置-------------------------------------------------------------   
  	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 1000-1;  //重装载值   
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=72-1;  //预分频
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //向上计数
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; //时钟分割

    TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStructure);//初始化TIM3

//编码器模式设置--------------------------------------------------------------                 

    TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3,TIM_EncoderMode_TI12,TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);//计数模式3

    TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure); //将结构体中的内容缺省输入
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0;//滤波器值
    TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);  //将TIM_ICInitStructure中的指定参数初始化TIM3
//溢出中断设置--------------------------------------------------------------  
    TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE); //允许TIM3溢出中断

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM3_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x01;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x01;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);


  TIM_SetCounter(TIM3,0); //TIM3->CNT=0
  TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}
//重装载值：    (编码器线数-1 ) *4                因为我们是两相计数，一个脉冲信号4次计数，所以乘4，保证转完1整圈才触发中断

转速计算方法:用捕获值（一秒内输出的脉冲数）/编码器线数（转速一圈输出脉冲数）/电机减数比（内部电机转动圈数与电机输出轴转动圈数比，即减速齿轮比没有则不用除）

运动距离计算：输出的总脉冲数 / 编码器线数*编码器齿轮周长

所转角度计算：输出的总脉冲数 / 编码器线数 360 或溢出中断次数360+当前计数值

转动方向：方向在定时器CR1的DIR位里 dir=(TIMX->CR1 & 0x0010)>>4; //取方向标志位
if(dir > 0) //向下计数 else //向上计数

4.应用代码

4.1步进电机修改转速：

void motor_start(unsigned short speed)
{
    TIM1->ARR = speed;//重新设置重装载值
    TIM1->CCR1 = speed/2;//重新设置占空比
    TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE); 
	TIM_Cmd(TIM1,ENABLE); 
    
}

例如：设置速度1000，计算出周期是(1000-1)*（72-1）/72000000 = 1ms 频率为1k，表示1ms输出一个脉冲

4.2PWM输出中断

void TIM2_IRQHandler(void)
{
    if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)==SET)
    { 
        //可以记录输出脉冲数
    }
}

4.3编码器计数中断

int circle_count=0;//圈数
void TIM3_IRQHandler(void)
{
    if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)==SET)
    {      
        if((TIM3->CR1>>4 & 0x01)==0) //DIR==0
            circle_count++;
        else if((TIM3->CR1>>4 & 0x01)==1)//DIR==1
            circle_count--;
    }
    TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);
}

作者：tuui.