【教程】用STM32 MotorControl Workbench 5.4.3（FOC电机库）从零创建一个工程，正弦波驱动联控智能24V无刷电机_stm32电机库

联控智能24V无刷电机FOC5.4.3工程下载地址：百度网盘 请输入提取码

本教程采用联控智能STM32F405RG低压单电机开发板，采用的无刷电机为联控智能24V无刷电机，如下图所示。

单片机晶振大小为8MHz，驱动电机使用了3个IR2101S预驱芯片和6个IRF540N N-MOS管。

单片机的运行频率为84MHz。虽然STM32F405RG的最高运行频率是168MHz，但是可能是因为板子上滤波电容的滤波效果不好，在168MHz频率下运行程序，电机转一会自动就停了，通过调试器可以发现进入了Hard Fault。单片机的运行频率越高，对滤波电容的质量要求也就越高，尤其是VCAP 2.2μF电容，不然即使程序是正确的，也会莫名其妙进入HardFault，而且经常是刚进入一个函数，第一句话都还没执行就HardFault了。把单片机主频降至84MHz，而保持APB1时钟42MHz，APB2时钟84MHz不变，就能解决电机转一会儿就自动停下，程序卡死的问题。

另外，调试电机时，最好采用可调电压的稳压电源，这样的电源可以配置电流保护模式，比如可以配置到0.6A，这样板子的最大电流就不会超过0.6A，可以在开发过程中有效地保护电机和开发板，防止MOS管因程序问题，电流过大而烧坏。

笔者使用的电机库是5.4.3非FULL版本。注意电机库是分为FULL版本和非FULL版本的。FULL版本是完全开源的版本，在ST官网是需要申请后才能下载的（笔者就没申请通过，下载不了）。非FULL版本的代码没有完全开源，可以在ST官网直接下载，不开源的代码在工程中是一个lib库。

首先，启动MotorControl Workbench 5.4.3软件：

新建一个空白工程：

下面这些全部保持默认设置，直接点击OK：

然后选择单片机。低压板的单片机用的是STM32F405RG，但是里面却没有405的选项，所以选一个最接近的407IG：

然后，我们将转子位置检测方式设为霍尔传感器方式，对话框中的其他配置不用动：

电源供电电压检测配置：电机的额定电压为24V，板子的工作电压为2~32V（软件检测到电压不对将无法启动电机，可起到保护作用）

根据板子原理图上的分压电阻配置Bus Voltage Sensing：

联控智能板子上默认没有焊热敏电阻，所以把Temperature Sensing的勾去掉：

相电流检测电阻和运放放大倍数的配置：

板子上相电流检测电阻的大小为0.05Ω，经过运放放大5倍，然后叠加上VREF（=3.3V÷2）后，送到单片机的ADC通道上。

也就是：放大后的电压=1.65+5×放大前的电阻电压

过流保护：因为运放叠加了1.65V的VREF上去，所以把电流阈值设置为2.5V。相电流过大时自动关闭电机。

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接下来就比较重要了，涉及到了电机的参数。

这款电机参数：

极对数（Pole Paires）为2极对，最大转速（电机上面写了的）是3000rpm，额定电流1.8Apk，额定电压24V，相电阻Rs为1.5Ω，相电感Ls为0.6mH，反电动势B-Emf constant为4.0Vrms/krpm（Vrms是电压有效值，krpm是每分钟几千转）。

霍尔传感器的安装角度为120°（决定了霍尔值的取值范围），放置的电角度为300°。

不采用编码器，所以去掉Quadrature encoder前面的勾。

Torque和Flux的PI值的配置也很重要，这个填错了，电机能转起来但是电流会特别大！其他的保持默认即可。

电机库支持按键启动或关闭电机，但是这是用外部中断实现的，没有消抖的功能！我们取消勾选这个功能，一会儿自己实现带消抖的按键起停功能：

配置电机引脚，霍尔引脚还有串口引脚：

根据开发板原理图，配置相电流和电源电压检测用的ADC引脚：

保存工程，然后点击代码生成按钮：

选择开发工具为Keil MDK 5，然后开始生成工程：

工程生成完了，还需要RUN STM32CubeMX一下，配置系统时钟，以及按键检测引脚。

先配置启动和关闭电机的按键（PC7），带上拉电阻输入，按下时按键为低电平：

配置时钟树，系统时钟设为84MHz，APB1时钟为42MHz，APB2时钟为84MHz，避免因为板子上滤波电容的问题，单片机在高频率下运行不稳定而进入HardFault，电机转一会儿就自动停转：

配置完了之后，点击GENERATE CODE生成工程，用Keil打开，改下main.c代码，加上串口打印，还有按键起停的代码。

包含stdio.h头文件：

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include <stdio.h>
/* USER CODE END Includes */

重定向printf函数到串口3：

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
int fputc(int ch, FILE *fp)
{
  if (fp == stdout)
  {
    if (ch == '\n')
      HAL_UART_Transmit(&huart3, (uint8_t *)"\r\n", 2, HAL_MAX_DELAY);
    else
      HAL_UART_Transmit(&huart3, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
    return ch;
  }
  return EOF;
}
/* USER CODE END 0 */

main函数里面加上printf打印，以及按键起停（带按键消抖）的功能：

一定要保证刚才配置电机工程的时候取消了Start/Stop Button的勾选，以免生成的代码中含有EXTI中断处理的代码，按键按一下处理两遍，按下按键后电机启动又马上停止。

还有就是，启动电机前必须要执行MC_ProgramSpeedRampMotor1，不然会出错！这个在电机库的注释里面是说了的：

  * One of the following commands must be executed before calling MC_StartMotor1():
  *
  * - MC_ProgramSpeedRampMotor1()
  * - MC_ProgramTorqueRampMotor1()
  * - MC_SetCurrentReferenceMotor1()
  *
  * Failing to do so results in an unpredictable behaviour.

  /* USER CODE BEGIN 2 */
  printf("STM32F405RG Motor\n");
  printf("SystemCoreClock=%u\n", SystemCoreClock);
  /* USER CODE END 2 */
 
  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_7) == GPIO_PIN_RESET)
    {
      HAL_Delay(15);
      if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_7) == GPIO_PIN_RESET)
      {
        if (MC_GetSTMStateMotor1() == IDLE)
        {
          printf("Motor is started!\n");
          MC_ProgramSpeedRampMotor1(200, 100);
          MC_StartMotor1();
        }
        else
        {
          printf("Motor is stopped!\n");
          MC_StopMotor1();
        }
        
        while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_7) == GPIO_PIN_RESET)
          HAL_Delay(15);
      }
    }
    /* USER CODE END WHILE */
 
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */

编译代码，下载到板子运行。板子的供电电压为24V。（联控智能的板子上没有复位键，需要关闭电源再打开，程序才真正开始运行）

按下按键，可以发现电机可以转起来，而且可以转很久不会自动停。再次按下按键，电机才停转。

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HardFault错误定位代码：

void HardFault_Handler(void)
{
 /* USER CODE BEGIN HardFault_IRQn 0 */
  uint32_t addr = 0, *mem;
  
  mem = (uint32_t *)__current_sp();
  if (mem >= (uint32_t *)0x20000000 && mem < (uint32_t *)0x20020000 - 5)
    addr = mem[5];
 /* USER CODE END HardFault_IRQn 0 */
  TSK_HardwareFaultTask();
  printf("Hard Error! addr=0x%08x\n", addr);
  
  /* Go to infinite loop when Hard Fault exception occurs */
  while (1);
}

这个代码可以打印出出错的代码的具体位置。可以在Keil中根据Flash地址定位到出错代码所在的文件和行数。（注意这里的addr实际上是出错代码的下一行代码的位置）

不过这在本工程里面没什么用，因为电机自动停转时遇到的HardFault是硬件引起的。