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【PWM】直流电机

下载例程代码： 下载代码 如何使用例程【点击查看教程】

PWM 简介​

PWM 波形​

PWM波形是一种方波信号，是高/低电平不断切换的结果，其波形如图所示，这是3种占空比不同的波形：

PWM波形

PWM的几个关键参数为：

  • 频率（Frequency）：即高低电平切换的速度，切换的速度越快则频率越高，1000Hz的PWM波意味着1秒钟有1000个脉冲

  • 占空比（Duty Cycle）：即每个周期内，高电平所占的宽度

    • 例如图中 50% duty cycle，即高/低电平的时间各占50%；

    • 图中的75% duty cycle，高电平占75%，低电平占25%；

    • 图中的25% duty cycle，高电平占25%，低电平占75%；

DRV8833 电机驱动模块简介​

  • STM32的信号电平并不足以直接驱动电机，因此需要一个专门的“驱动模块”来满足电机的功率需求，DRV8833就是这种“驱动模块”。

  • DRV8833电机驱动模块接受PWM控制信号，根据PWM占空比的变化输出不同的驱动功率，从而实现对电机的控制。

  • 该模块可同时驱动2个有刷直流电机或1个4线步进电机。学习套件附带了一个有刷直流电机，例程将展示如何控制电机的速度和方向。

如何使用例程​

连接硬件，下载程序，即可看到效果

硬件连接​

  • 需要使用：4P杜邦线、电机驱动模块、马达、四叶螺旋桨

  • 将马达的2P插头插入驱动模块的 OUT1、OUT2引脚，正反顺序均可

马达接线
  • 使用4P杜邦线将模块与学习板连接。连接时请核对好线序：
驱动模块学习板
IN1A0
IN2A1
VCC5V
GNDG
模块接线
  • 将四叶螺旋桨插入马达输出轴

程序效果​

  • 烧录例程后，按下 KEY1、KEY2，马达将以不同的速度运转，可以感受到风量和声音的明显变化

  • 如果发现风扇向反方向吹风，可以参考下面的“代码讲解”，通过程序实现反转

演示

例程讲解​

下面介绍了如何自己实现该例程的功能

1、工程配置​

  • 开启外部晶振：在Pinout&Configuration -> System Core -> RCC 页面，将 High Speed Clock (HSE) 配置为 Crystal/Ceramic Resonator
配置时钟源
  • 配置时钟频率：在Clock Configuration 页面，将PLL Source 选择为 HSE，将System Clock Mux 选择为 PLLCLK，然后在HCLK (MHz) 输入72并回车，将HCLK频率配置为 72 MHz
时钟配置

  • 分配引脚：在Pinout&Configuration页面，配置如下引脚

    • 将PA0、PA1分别配置为TIM2_CH1、TIM2_CH2

    • 将PB12、PB13设置为GPIO_Input，并分别设置User Label为KEY1、KEY2

  • 配置GPIO：在Pinout&Configuration -> GPIO，将PB13的GPIO Pull-up/Pull-down配置为Pull-up

  • 配置TIM2：在Pinout&Configuration -> Timers -> TIM2

    • Configuration -> Mode -> Clock Source 选择 Internal Clock，开启 TIM2 的内部时钟源

    • Configuration -> Mode，将 Channel1、Channel2 分别配置为 PWM Generation CH1、2

    • Configuration -> Parameter Settings -> Counter Settings，将 Prescaler 配置为 72-1，将Counter Period 配置为 100-1，此时PWM频率为 10 kHz

2、代码​

  • 逻辑功能：在while循环中检测按键并输出相应的占空比：

    • 按下KEY1，启动PWM输出，占空比配置为99%，风扇高速运转
    • 按下KEY2，启动PWM输出，占空比配置为85%，风扇中速运转
    • 没有按键按下，关闭PWM输出，风扇停止

  • 转速控制：

    • __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 99) 设置PWM的占空比越高，转速越快

      注意：占空比过低时，电机可能无法启动。

      由于我们配置的Counter Period为100-1，因此占空比最高设置为99

  • 正/反方向控制：

    • 配置了CH1、CH2两路PWM输出，但每次只需要启动1路PWM输出，这代表了不同的旋转方向。
    • 例如，HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1) 启动TIM2_CH1，电机正转；如果启动CH2，则电机反转
    • 当需要转换方向，或者需要停止时，可以调用HAL_TIM_PWM_Stop(&htim2, TIM_CHANNEL_1) 停止PWM输出
    while (1)
    {
        // KEY1按下：占空比99% 高速正转
        if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
        {
            // 启动PWM通道1输出（只能同时启动1个通道，两个通道对应正/反转）
            HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
            // 配置通道1的占空比，影响电机转速（占空比过低可能导致电机无法启动）
            __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 99);
        }
        // KEY2按下：占空比85% 中速正转
        else if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port, KEY2_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
        {
            // 启动PWM通道1输出（只能同时启动1个通道，两个通道对应正/反转）
            HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
            // 配置通道1的占空比，影响电机转速（占空比过低可能导致电机无法启动）
            __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 85);
        }
        else
        {
            // 停止PWM通道1输出
            HAL_TIM_PWM_Stop(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
        }
        HAL_Delay(100);
    }