【一】工程配置与电机控制part1

前言

学校发的无刷电机：

我们准备的有刷电机：

带霍尔编码器！

电机参数：

名称：驰名电机（直流减速电机）

型号：JGA25-370

电压：12V

转数：1360r/min

做云台，核心是使用PID控制。PID以后再讲。

无刷or有刷？

无刷电机需要foc控制与SVPWM调制，算法较为繁琐。捣鼓期间也遇到不少bug，故舍弃无刷电机，选择有刷电机。为啥？代码简单呗！

（补充：若无刷电机用PWM而不是SVPWM，则会很烫很烫，烧起来也说不定~）

一、硬件准备

stm32F401/411开发版（SAST）
J-LINK/ST-LINK下载器
直流有刷电机JGA25-370（带编码器）
电机驱动板L298N/TB6612
12V锂电池

二、工程配置

新建stm32工程，这里采用的是cubmx+keil5方式。（不会还用人用标准库吧:-)）

我用的是F411。

1、尝龟配置

使用外部高速晶振、Debug选Serial Wire。（我用的是J-LINK下载器）时钟树开HCLK为100MHz。（F411最大HCLK）

2、设置PWM输出

TIM5设置为内部时钟—CH3—PWM Generation。命名为PWM。

一般而言，给电机的PWM波大约20kHz。

配置HCLK=100MHz（F411最大HCLK），PSC=50-1，ARR=100-1。

由频率计算公式可得：

$$

f=\frac{freq(HCLK)}{(PSC+1)(ARR+1)}=\frac{100,000,000}{50100}=20kHz

$$

其余默认配置即可。

别忘了在NVIC Settings使能中断。

3、设置两个IO口输出

用于控制电机转动方向，命名为DIR1和DIR2。

设置PA3—Output与PA4—Output。其余默认配置即可。

4、设置编码器模式

关于编码器模式，很多人可能不李姐。详细的会在以后的文章里写。这里先粗略写一下。

电机工作时，通过霍尔编码器输出AB相脉冲，单片机读取脉冲数以得到转速与角度等信息，我们还要对采集到的数据进行处理。而stm32定时器正好有个编码器模式，我们只需读取定时器计数值就能知道脉冲数为多少。

TIM2—Combined Channels—Encoder Mode

下面的都不用设置。

把图中的三个（TIM2_CH1和TIM2_CH2和PWM）Signal Pinning一下。

5、设置中断

打开一个定时器更新中断，在这个中断里我们处理编码器的数据以得到转速、角度等信息，并进行PID控制。

TIM4设置为内部时钟即可。

配置HCLK=100MHz（F411最大HCLK），PSC=1000-1，ARR=1000-1。

中断一般为100Hz。

$$

f=\frac{freq(HCLK)}{(PSC+1)(ARR+1)}=\frac{100,000,000}{10001000}=100Hz

$$

别忘了在NVIC Settings使能中断。

6、打开一个串口

用于调试。

尝龟设置，设置设置MODE为异步通信(Asynchronous)。其余的默认即可。（波特率为115200）

别忘了在keil里写串口重定向。

7、生成keil工程

尝龟配置。

设置工程名称、路径（不要有中午路径），

配置IDE为MDK-ARM。代码生成配置勾选图中红框处。

点击GENERATE CODE生成工程！

8、keil配置

打开工程配置，勾选“use MicroLIB”，Debug选择J-LINK，并在Settings-Flash-Download勾选“Reset and Run”，然后编译一次。

接下来加上串口重定向：

先包含头文件#include<stdio.h>，在/* USER CODE BEGIN 4 // USER CODE END 4 */之间添加以下代码：

int fputc(int ch, FILE *f)

{

  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);

  return ch;

}

int fgetc(FILE *f)

{

  uint8_t ch = 0;

  HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);

  return ch;

}

工程基本配置ok！

三、驱动板L298N/TB6612

电机驱动需要驱动板，直接用单片机驱动是不行的。我们比赛时用的是L298N。

1、L298N

L298N驱动模块，可以驱动2个直流电机，可分别实现正转，反转功能。

供电：L298N的12V和5V都接5V供电,GND不但要接驱动电源的GND。这里要和单片机连接在一起，要从这里再引出一根GND和单片机的GND相连（共地）。

OUT1、OUT2和OUT3、OUT4分别接两个直流电机Motor1两脚、Motor2两脚，IN1、IN2、IN3、IN4引脚从单片机接入控制电平，控制电机的正反转，ENA、ENB接控制使能端，控制电机调速，L298N控制逻辑关系图如下：

对于ENA通道使能引脚，若不考虑电机的转速，可接为高电平或低电平控制接通还是关断。

若需要控制电机的转速，则需要拔掉跳线帽，将其连接在单片机PWM输出上，通过调节PWM的占空比，以此来达到控制转速的目的。

转速控制原理：利用STM32 的IO输出不同占空比的脉冲信号来达到调速的过程，当占空比大的时候就表明在一个脉冲周期内高电平的时间越长，而脉冲信号输出频率极快，高电平的时间越长就表明在一段时间内IO口输出的控制电压越高，控制电压越高使得L298N输出的电压越高，这样就使得车轮的转速越快。

接线：

这里我们因为只要一个电机转，故OUT3、OUT4接电机的两脚，IN3、IN4分别接PA3、PA4控制转动方向，ENB接PA2输出PWM，12V供电脚和GND接12V锂电池，GND和单片机共地。

2、TB6612

原理、接线类似于L298N。此处不再赘述。

接下来是代码部分。

首先我们让电机转起来！

四、PWM控制

先写定时器PWM输出启动函数：

/* USER CODE BEGIN 2 */

HAL_TIM_PWM_Start(&htim5, TIM_CHANNEL_3);

/* USER CODE END 2 */

然后写一个PWM调制函数void set_pwm(int pwm);

int型变量pwm的范围应在-100~100之间（ARR设定的值为100），将它赋值给CRR（通过调节CRR的值来调节PWM波占空比，进而实现转速控制）。pwm的正负表示转动方向，分别使PA3和PA4输出不同电平来控制方向（见逻辑表）。

/* USER CODE BEGIN 4 */

void set_pwm(int pwm)

{

    //限定pwm范围

    if(pwm > 100)pwm = 100;

    if(pwm < -100)pwm = -100;

    //转速控制

    if(pwm < 0)

    {

        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, 1);

        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, 0);

    }

    if(pwm > 0)

    {

        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, 0);

        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, 1);

    }

    //写CRR的值调节占空比

    TIM5->CCR3 = (int)fabs((float)pwm);   //记得#include<math.h>

}

/* USER CODE END 4 */

比如，输出一个占空比50%的PWM波控制电机正转：

set_pwm(50);

OK本期就到这里。往后还有电机控制part2、3，分别分享PID、编码器相关。还有MPU6050移植从入坑到入坟。