一文搞懂如何使用STM32驱动直流电机（普通PWM输出和L298N、高级定时器输出带死区双通道互补PWM和IR2110S及自举电路、H桥电路和电机正反转）_stm32驱动电机

本文将用最通俗易懂的语言讲解怎么使用STM32驱动直流电机，以及在使用过程中容易遇到的问题和解决办法。本文将介绍两种驱动方式：普通PWM驱动L298N驱动直流电机；互补PWM驱动IR2110S驱动直流电机。笔者将文章分为两部分：不懂原理直接使用部分和一定要懂原理再用（仅IR2110S）部分。看完后，你会说：圆哥NB，原来驱动电机如此简单。

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前言

笔者从开始接触嵌入式单片机开始，就和驱动电机相伴而走。从最开始的直接买L298N驱动模块直接驱动直流电机，到现在自己设计PCB电路板驱动直流电机，可以说是和电机驱动共同成长了。现在笔者将这一过程的收获记录下来，希望对大家有所帮助。

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一、不懂原理直接使用

0.了解L298N和IR2110S怎么驱动直流电机的

不用详细了解L298N芯片和IR2001S的芯片引脚，但是要知道这两个芯片是干嘛的。这两个芯片的相同功能就是把单片机输出的3.3VPWM波变成你给这两个芯片供电的电压PWM波。比如你给芯片供电12V，那么输出的就是12V的PWM波，占空比和单片机输出的PWM波占空比一致。
改变电机的电压可以改变电机的转速，改变电机的正负极可以改变电机的转向。改变电机的驱动电压通过改变PWM波的占空比实现，比如给芯片供电12V，PWM的占空比是60%，那么就相当于给电机供电12V*60% = 7.2V。供电电压乘以占空比就是电机的供电电压。需要注意的是，这里的占空比指的是高电平时间和周期的比值。
改变电机的转向（改变电机的正负极），这个操作很简单，会在下面介绍。

1.普通PWM和L298N

STM32输出普通PWM笔者这里不再赘述，这个驱动过程十分简单，网上随便一搜索就有一大堆的例子。
L298N可以买到别人设计好的模块，在淘宝等店铺直接搜索L298N电机驱动模块就可以看到各种各样的产品。这些产品的驱动方式大同小异，笔者下面将选取一种介绍。
如上图所示，怎么使用这个这个模块呢？听笔者一一介绍。首先，这个模块需要供电，从图中可以看到供电部分由12V供电、供电GND、5V供电、和板载5V使能的那个跳线帽组成。如果板载5V使能那个跳线帽安上，那么就不需要给驱动模块单独5V供电，只需要12V供电就行了。一般来说会使用这种方式。另一种方式就是12V、5V都给供电，然后把板载5V使能的那个跳线帽去掉。
然后看通道A使能、逻辑输入、通道B使能的那一部分。左边的3排控制左边的输出A通道，右边的3排控制右边的输出B通道。笔者以左边三排为例进行讲解，右边三排和左边是对称的。先看通道A使能的那个跳线帽，使用时将那个跳线帽拔掉，然后把单片机的PWM输出引脚接到靠近板边缘的排针上面。需要注意的是，最好通过光耦或者其他方式将单片机引脚和使能排针做一下隔离。如果不做隔离，尽量不要使用外力让电机转动，不然电机会发电，有可能烧坏单片机等电路。逻辑输入靠近通道A使能的那两个排针是用来控制通道A的电压正负的，给这两个排针1 0，通道A会输出一个电压，给这两个排针0 1，通道A会输出和1 0 相反的电压，从而让电机反转。这两个逻辑控制可以直接接到单片机的IO口，用IO口控制。当然，如果不需要正反转，可以直接给固定的电压就好。
L298N到这里介绍结束，总结一下。给供12V的电压，把单片机的PWM输出引脚接上，再把逻辑输入接上，就可以控制电机的转速和正反转了。

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2.互补PWM和IR2110S

笔者使用的单片机型号是STM32F103C8T6，下面将介绍基于这款单片机高级定时器一的带死区的互补PWM怎么配置的。事实上，由于CMSIS协议的存在，这个配置只需做少量修改或者无需修改就可以使用在Cotex-M内核的其他单片机上。

代码如下：

void TIM1_PWM_DeadtimeInit(u16 arr,u16 psc,u16 deadtime)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitSturcture;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    TIM_BDTRInitTypeDef TIM_BDTRInitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
 //时钟配置
    RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );
    RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE );
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

    //TIM1 PWM CH1->PA8  CH2->PA9  CH1N->PB13  CH2N->PB14，PWM管脚映射
    //与PWM管脚初始化
    GPIO_InitSturcture.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitSturcture.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitSturcture.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitSturcture );

    GPIO_InitSturcture.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14;
    GPIO_InitSturcture.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitSturcture.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitSturcture );
	
	  GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9);
    GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14);
	//关于定时器中断的配置，有的资料上需要配置，有的资料上不需要
	//配置，笔者配置和不配置的都试了，都可以使用，这里还是配置上	
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel =  TIM1_UP_IRQn;    
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;       
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;  
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    //关于定时器重装载值和分频系数的配置，决定了PWM的频率
    //timer base set
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = arr;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = 0x00;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0x00;
    TIM_TimeBaseInit( TIM1, &TIM_TimeBaseInitStructure );
	TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE);
    //OC1 Mode set 高级定时器互补输出的设置
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;		
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 50;							
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;		
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; 	
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;  
    TIM_OC1Init( TIM1, &TIM_OCInitStructure );
	TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);
    //OC2 Mode set 
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;						
    TIM_OC2Init( TIM1, &TIM_OCInitStructure );
	TIM_OC2PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);
		
	//DeadTime Set 死区时间的设置
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSRState = TIM_OSSRState_Enable; 
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSIState = TIM_OSSIState_Enable; 
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_LOCKLevel = TIM_LOCKLevel_2; 			
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime = deadtime;					
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_Break = TIM_Break_Disable;		
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_BreakPolarity = TIM_BreakPolarity_High; 
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_AutomaticOutput = TIM_AutomaticOutput_Enable; 
    TIM_BDTRConfig( TIM1, &TIM_BDTRInitStructure );
 
    TIM_CtrlPWMOutputs( TIM1, ENABLE );
		

    TIM_Cmd( TIM1, ENABLE );
}
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代码如上图所示，和常规固件库编程思路一样：对时钟进行配置、对管脚进行初始化、对定时器进行初始化、对PWM进行初始化、对死区进行配置。
这里有几点需要注意。首先是高级互补输出的设置的第一行，那里有几种不同的模式，笔者选择的是PWM模式一。如果感兴趣，你可以试一试其他的模式。
第二点是死区时间的设置。死区时间的计算比较复杂，感兴趣的请移步以下链接，是CSDN的另一个博主写的。
链接: STM32F1死区时间配置详解
第三点是这个函数怎么用。需要首先在主函数里进行初始化。
TIM1_PWM_DeadtimeInit(36000-1,0,0XAC);
这是笔者使用的。函数第一个形参是PWM重装载值，第二个形参是PWM分频系数，第三个是死区时间的设置。0XAC表示死区时间是3us。笔者使用的配置的意思是：不分频、计时器到（36000-1）会重新开始计数、由分频系数和重装载值可算出PWM频率是2kHz。
第四点是如何更改PWM的占空比，和普通PWM更改的方式一样。使用
void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare1)；函数更改比较值就可以了。

由于该互补PWM是用来驱动IR2110S的，笔者已经在IR2110S上进行了实验，死区时间和频率都没有任何问题。

接下来是IR2110S如何使用的问题了。IR2110S目前集成好的模块产品并不是很多，笔者所知野火有一款直流无刷电机驱动板，里面的H桥电路是用IR2110S驱动的。一般来说，使用IR2110S都需要自己设计PCB。当然，不需要知道原理的情况下IR2110S的使用十分简单。

如上图所示，这是使用IR2100S的一种情况。从左侧看，直接将单片机的互补PWM引脚接到V+和V-，然后给芯片供电，按照电路连接就可以驱动芯片在V_OUT端输出高电压（POWER）的PWM波形。
需要注意三点。第一点是SD端口是控制芯片使能的，悬空或者接0电位芯片正常工作，接3.3V或5V电平芯片停止工作。所以在使用中一般直接悬空就可以。第二点是图上的12V电压，可以根据需要选择，只要比场效应管的导通电压Vgs高一些就可以。比如我选择的场效应管的导通电压是10V，那我就选择了12V的电压。
第三点是在使用IR2110S驱动电机的时候，如果想要输出POWER峰值的PWM波，必须要给V+和V-这两个引脚输出互补带死区的PWM波，频率还要合适。这是由于自举电路的存在，如果频率不对或者不是互补的PWM波，都会导致自举电路变成不举电路。举不起来也就无法完成驱动。

那么IR2110S怎么控制电机的正反转呢。其实只需要两个这样的电路，分别把输出接口接到电机的两端就可以了。驱动其中一个电路，让另一个电路和地连接的场效应管一直导通，是一个方向的电压。反过来驱动另外一个电路是反方向的电压。这样就实现了H桥电路。

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二、我要懂原理

1.IR2110S的优势

IR2110S具有集成度高，响应速度快等诸多优势。最重要的是，驱动N多个芯片只需要一路电源，大大的减少了设计的难度。这一切都要归功于自举电路。下面将介绍自举电路的原理。

2.IR2110S自举电路

如上图，V-为高点平，V+为低电平，此时Q4导通，Q3截止。
Q4导通后，请看我右边画的线，此时电容会通过该回路充电。经过一小段时间后，电容会充电到12V。

如上图，在电容充满12V电后，紧接着V+导通，V-截止。
在变换的瞬间，Q4截止，此时Q3导通。当POWER电压到达V_OUT的一刻，由于POWER一般大于12V，所以Q3马上截止。
请注意，精彩的部分来了。由于Q4截止后，电容两端电压不能突变，所以电容C11上方还保留着12V的电压。由于POWER到达了V_OUT一瞬间，所以在这一瞬间，C11上的电压是POWER+12V。此时这个POWER+12V在IR2110S内部电路（就是两个场效应管）作用下会给到HO端，此时Q3在这一瞬间又被导通，直到C11放电完成。
这就是一次循环过程，接下来的充电放电就是重复上述的两个过程。所以这就是为什么要互补的PWM波，就是为了给自举电路的电容充电和放电的！！！

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总结

请多多关注，接下来笔者可能更新一波如何使用PID算法做简单的自动驾驶。
笔者已经尽可能的理清逻辑，但是难免会有些地方不容易理解，所以欢迎大家多多留言提问和指教呀。技术问题，有问必回！！！