title: 减速直流有刷电机
date: 2020-05-20 19:45:11
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categories: STM32学习记录
电机的基本认识
这里呢，平衡小车最常用到的是直流编码有刷电机，直流的意思是使用直流电，给引脚通的是恒定电流；编码指的是电机自带编码盘，上面有两个相位正交的编码器，可以利用四倍频技术实现对电机位置和转速的精确追踪；有刷指的是电机内部自带换向器，电机转子每旋转180度，线圈中的电流即自动换向，不需要软件或者硬件驱动的控制。
这种电机通常有6个引脚：电源引脚：5V、GND，PWM输入引脚：IN1、IN2，编码器输出引脚：OUT1、OUT2。
PCB走线时要注意只有编码器引脚是信号线，可以走细一些，其他线建议走粗一些（30mil以上）。
电机驱动：TB6612
由于STM32的引脚只能提供3.3V电压，且功率输出能力很弱，因此需要功率放大器件对电机进行控制，并且为了保持控制的实时性，以及精准性，需要高速的功率控制器件，这就需要一款专用的电机驱动芯片。
这里使用体积较小，同时有较大驱动能力的TB6612驱动芯片，可以同时驱动两路电机，利用其内部的高速H桥，向电机输出PWM波，控制其正传，反转，制动，自由转动（不加动力也不加阻尼力），以及转速的调节。
驱动芯片除了电源引脚以及使能引脚之外，还有各两组，两种功能的引脚：
-
来自MCU的3个引脚：1个PWM输入引脚，用于控制转速，2个控制引脚，用于控制正反，制动，空挡（不施加力）。
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输出给电机的2个引脚：OUT1，OUT2，通过输出PWM波控制电机的全部功能，搭载较大电流。
驱动编写
通过对电机以及电机驱动的功能分析，我们知道了控制1个电机，需要3个引脚，1个输出PWM波用于控制速度，2个高速推挽输出，通过切换高低电平，即可实现对电机的驱动状态控制。
平衡车有2个电机需要控制，因此用于驱动电机的引脚有6个，2个是定时器的PWM功能映射的引脚。
这里我为了节省定时器资源，使用一个定时器TIM1，该定时器的1、4通道（分别对应PA8，PA11引脚），来输出两路频率相同，但是占空比互不影响，独立可调的PWM信号，然后另外找4个普通IO口，用于对电机状态进行控制。
电机驱动
MOTOR.h
#ifndef __MOTOR_H
#define __MOTOR_H
#include <sys.h> //包含引脚转换的宏函数，便于编写代码
#define PWMA TIM1->CCR1 //用于控制A电机的PWM占空比调节
#define AIN2 PBout(15)
#define AIN1 PBout(14)
#define PWMB TIM1->CCR4 //用于控制B电机的PWM占空比调节
#define BIN1 PBout(13)
#define BIN2 PBout(12)
void MiniBalance_PWM_Init(u16 arr,u16 psc);
void MiniBalance_Motor_Init(void);
#endif
这里干了几件事：
-
电机控制引脚宏定义
-
PWM占空比改变宏定义
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两个初始化函数宏定义
MOTOR.c
首先是对4个控制引脚的初始化，高速下拉推挽输出：
#include "MOTOR.h"
TIM_HandleTypeDef TIM1_Handler = {0}; //定时器1句柄
TIM_OC_InitTypeDef TIM1_CH14Handler = {0}; //定时器1通道14句柄
void MiniBalance_Motor_Init(void) //完成4个控制引脚的初始化
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure = {0}; //声明初始化结构体
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); //开启GPIOB时钟
GPIO_Initure.Pin = GPIO_PIN_12|GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15; //端口配置
GPIO_Initure.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_Initure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; //推挽输出
GPIO_Initure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; //50M
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_Initure); //根据设定参数初始化GPIOB
}
然后是对PWM外设的初始化，这里用定时器1的1、4通道，映射到PA8和PA11两个引脚用来控制两个电机的转速：
//TIM1 PWM初始化
//arr：自动重装值。
//psc：时钟预分频数
//定时器溢出时间计算方法:Tout=((arr+1)*(psc+1))/Ft us.
//Ft=定时器工作频率,单位:Mhz
void MiniBalance_PWM_Init(u16 arr,u16 psc) //完成两个PWM输出引脚的初始化
{
TIM1_Handler.Instance=TIM1; //定时器1
TIM1_Handler.Init.Prescaler=psc; //定时器分频
TIM1_Handler.Init.CounterMode=TIM_COUNTERMODE_UP; //向上计数模式
TIM1_Handler.Init.Period=arr; //自动重装载值
TIM1_Handler.Init.ClockDivision=TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
HAL_TIM_PWM_Init(&TIM1_Handler); //初始化PWM
TIM1_CH14Handler.OCMode=TIM_OCMODE_PWM1; //模式选择PWM1
TIM1_CH14Handler.Pulse= 0; //设置比较值,初始占空比设为0
TIM1_CH14Handler.OCPolarity=TIM_OCPOLARITY_HIGH; //输出极性 高电平有效
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&TIM1_Handler,&TIM1_CH14Handler,TIM_CHANNEL_1);//初始化TIM1，PWM通道1、4
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&TIM1_Handler,&TIM1_CH14Handler,TIM_CHANNEL_4);//初始化TIM1，PWM通道1、4
HAL_TIM_PWM_Start(&TIM1_Handler,TIM_CHANNEL_1); //开启PWM通道1、4
HAL_TIM_PWM_Start(&TIM1_Handler,TIM_CHANNEL_4); //开启PWM通道1、4
}
在HAL_TIM_PWM_Init()中会调用端口初始化MSP函数，需要用户重定义覆盖HAL库的若定义函数：
//定时器底层驱动，时钟使能，引脚配置
//此函数会被HAL_TIM_PWM_Init()调用
//htim:定时器句柄
void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
if(htim->Instance==TIM1)
{
__HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE(); //使能TIM1时钟
__HAL_AFIO_REMAP_TIM1_PARTIAL(); //TIM1通道引脚部分重映射使能
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); //开启GPIOA时钟
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_11; //PA8 PA11
GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP; //复用推挽输出,用于输出PWM
GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLDOWN; //下拉
GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;//高速
HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);
}
}
然后是中断服务函数，等等，我们设置了自动重装填，不需要中断控制，OK结束。
如何使用电机：实践
控制集成封装
这里集成了控制小车所需的代码，现在只添加电机控制这一模块
CONTROL.h
#ifndef __CONTROL_H
#define __CONTROL_H
#include "sys.h"
void Set_Pwm(int moto1,int moto2);
int myabs(int a); //绝对值函数
#endif
两个函数，核心是第一个，设置PWM的重装填阈值，相当于控制了占空比，这样就实现了调速的功能。
CONTROL.c
#include "CONTROL.h"
/**************************************************************************
函数功能：赋值给PWM寄存器
入口参数：左轮PWM、右轮PWM
返回 值：无
**************************************************************************/
void Set_Pwm(int moto1,int moto2)
{
int siqu=500;//死区补偿,防止数值过小无法驱动
if(moto1<0) BIN2=0, BIN1=1; //正转
else BIN2=1, BIN1=0; //反转
PWMB=myabs(moto1)+siqu;
if(moto2<0) AIN1=0, AIN2=1; //正转
else AIN1=1, AIN2=0; //反转
PWMA=myabs(moto2)+siqu;
}
/**************************************************************************
函数功能：绝对值函数
入口参数：int
返回 值：unsigned int
**************************************************************************/
int myabs(int a)
{
int temp;
if(a<0) temp=-a;
else temp=a;
return temp;
}
上面这个是实现功能的函数，Set_pwm函数是根据TB6612电机驱动芯片的真值表来计算的，通过直接访问TIM1的CCR寄存器，注意考虑两个电机的中心对称分布，所以写的时候将一个反向，实现输入两个正数，两个电机的转动都使小车向前走即可。
mian函数：
//头文件略去
int main(void)
{
HAL_Init();
Stm32_Clock_Init(RCC_CFGR_PLLMULL9);
JTAG_Set(SWD_ENABLE);
//uart_init(115200);
delay_init(72);
KEY_Init();
MiniBalance_Motor_Init();
MiniBalance_PWM_Init(7199,0); //PWM输出，溢出值7200，不分频，10KHz频率，100um周期
while(1)
{
Set_Pwm(3000, 3000);
delay_ms(1000);
Set_Pwm(-3000, -3000);
delay_ms(1000);
}
}
这里放了一个最简单的一秒正转，一秒反转，因为还没有研究PID的原理，后面会结合MPU6050触发中断来进行数据处理，反馈给电机，来进行最基本的控制。网上找不到HAL库的历程，就搞来FW3.5标准库来研究，慢慢摸索终于把这电机弄转起来了，实现了多轮运动嘿嘿。
来源：oschina
链接：https://my.oschina.net/u/4354530/blog/4478257