STM32输出PWM驱动直流电机_stm32f103c8t6 pwm输出引脚

        本文是主控芯片采用STM32F103C8T6，电机驱动用L298N，驱动直流有刷电机的学习笔记。

L298N模块介绍

        L298N是比较常用的电机驱动模块，可以同时驱动两个电机，控制正反转和调速，其接口说明如下：

①、输出A和输出B的两个引脚直接连两个电机的GND和VCC即可。

②、板载5V使能需要接高电平，驱动板才能工作，可以将其接到按键以控制电机的启停。

③、供电部分：GND接单片机的GND，可以选择12V或5V供电。

④、通道使能部分：两个通道使能引脚分别控制两个电机，一般接单片机的PWM输出，ENA控制输出A，ENB控制输出B，如果只是想让电机转起来，不用PWM的话，通道使能引脚直接接高电平即可。

⑤、逻辑输入部分：这部分一共有四个引脚，IN1、IN2、IN3、IN4，这四个引脚用于控制电机正反转和制动，IN1和IN2控制输出A，IN3和IN4控制输出B，直接接到单片机的四个IO口即可，控制IO口输出高低电平即可控制电机正反转，具体逻辑如下：

直流有刷电机

        直流有刷电机（BDC）是内含电刷装置的将直流电能转换成机械能的电动机，直流有刷电机由定子、转子、电刷和换向器这四个结构组成。拆解后的直流有刷电机如图所示：

下面我们来分析一下图中各个结构的作用：

① 定子：用于产生固定的磁场，通常由永磁体或电磁绕组制成。

② 转子：由一个或多个铜线绕组构成，通电后可以在磁场中受力运动。

③ 电刷：将外部电流输入到转子绕组上。

④ 换向器：改变转子绕组中电流的流向，是电机可以持续转动的关键结构。

        在对电机输出扭矩（即输出的力）有高要求的场景，我们会给直流有刷电机加上减速齿轮组，以增大输出扭矩，这一类电机就是直流有刷减速电机。其原理为：在电机输出功率一定的条件下，转速和扭矩成反比例关系，我们通过减速齿轮组降低电机的转速，即可提高电机的输出扭矩。

左手定则

        直流有刷电机原理的本质是：通电导线在磁场中受力运动。左手定则是判断通电导线处于磁场中时，所受安培力 F (或运动)的方向、磁感应强度 B的方向以及通电导体棒的电流 I 三者方向之间的关系的定律。左手定则的具体内容：将左手四指并拢伸直，使拇指与其他四指在平面内垂直，手掌方向代表磁场的方向（从 N 级到 S 级），四指代表电流的方向（从正极到负极），那拇指所指的方向就是受力的方向。我们可以借助示意图对左手定则进行理解，示意图如下：

 直流有刷电机基本工作原理

        为了方便分析，我们先把直流有刷电机的结构简化， A 和 B 代表的是两块电刷，C 和 D 代表两片换向器，E 代表简化后的单匝转子线圈，S 和 N 为两块定子磁极，磁场方向从 N 极到 S 极。 简化后的结构如图：

         直流有刷电机的工作原理可分为以下几步：第一步，电流从电池正极流出，进入电刷 A，经过换向器 C，输入到转子线圈 E 的左侧导线，此时已经知道电流的方向（从 a1 到 a2）和磁场的方向（N 极到 S 极），根据左手定则，可以判断出线圈 E 左侧导线的受力 F1 是垂直于导线向上的。第二步，电流从转子线圈 E 的左侧流向右侧（从 b2 到 b1），经过换向器 D 和电刷 B，流回电池负极，同理，我们根据左手定则，就可以判断出线圈 E 右侧导线的受力 F2 是垂直于导线向下的。结合转子线圈 E 左右两侧导线的受力情况，可得知线圈会沿顺时针方向转动，如下图所示：

         第三步，当转子线圈 E 沿顺时针方向转过一定角度（在简化模型上就是 90°，实际应用中并不一定），换向器 C 和 D 的位置会改变，此时电刷和换向器的接触关系就改变了，电流的方向发生了变化，此时电流从电刷 A 流入换向器 D，经过转子线圈E，再流出到换向器 C 和电刷 B。这个时候，虽然转子线圈 E 中电流的方向发生了改变，但是从转子线圈 E 的整体受力来看，左右两侧导线受力的方向并没有改变，所以转子线圈 E 会继续沿顺时针方向旋转下去，如下图所示：

        注意：单匝转子线圈运动到磁场的不同位置时，其受力是不均匀的，因此，在实际的应用中，转子通常都会有三匝或以上的线圈，它的受力情况会复杂很多，但是基本的原理是相通的。 

实验代码

pwm原理

         图中，我们假定定时器工作在向上计数PWM 模式，当 CNT 值小于 CCRx 的时候，IO 输出低电平(0)，当 CNT 值大于等于 CCRx 的时候，IO 输出高电平(1)，当 CNT 达到 ARR 值的时候，重新归零，然后重新向上计数，依次循环。改变 CCRx 的值，就可以改变 PWM 输出的占空比，改变 ARR 的值，就可以改变 PWM输出的频率，这就是 PWM 输出的原理。

PWM模式1和PWM模式2

        PWM模式1：CNT 值小于 CCRx 的时候为有效电平，否则为无效电平。

        PWM模式2：CNT 值大于 CCRx 的时候为有效电平，否则为无效电平。

PWM配置流程

①、使能定时器和相关IO口时钟

②、初始化PWM输出通道对应的IO口为复用推挽输出

③、初始化定时器

④、初始化PWM输出比较参数

⑤、使能预装载，使能定时器

电机配置代码如下：

#include "motor_ctl.h"
 
//PWM输出初始化,采用定时器3的通道4，在PB1
//arr：自动重装值
//psc：时钟预分频数
void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{  
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //定义一个引脚初始化的结构体
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStrue; //定义一个定时中断的结构体	
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitTypeStrue; //定义一个PWM输出的结构体
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //使能GPIOB时钟，GPIOB挂载在APB2时钟下，在STM32中使用IO口前都要使能对应时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //使能通用定时器3时钟
	
	//PWM输出引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1;//引脚PB1
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出模式，定时器功能为PB1引脚复用功能
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //定义该引脚输出速度为50MHZ
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //初始化引脚PB1
	//定时器结构体初始化
	TIM_TimeBaseInitStrue.TIM_Period=arr; //计数模式为向上计数时，定时器从0开始计数，计数超过到arr时触发定时中断服务函数
	TIM_TimeBaseInitStrue.TIM_Prescaler=psc; //预分频系数，决定每一个计数的时长
	TIM_TimeBaseInitStrue.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //计数模式：向上计数
	TIM_TimeBaseInitStrue.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; //一般不使用，默认TIM_CKD_DIV1
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStrue); //根据TIM_TimeBaseInitStrue的参数初始化定时器TIM3
	
	TIM_OCInitTypeStrue.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1; //PWM模式1，当定时器计数小于TIM_Pulse时，定时器对应IO输出有效电平
	TIM_OCInitTypeStrue.TIM_OCPolarity=TIM_OCNPolarity_High; //输出有效电平为高电平
	TIM_OCInitTypeStrue.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable; //使能PWM输出
	TIM_OCInitTypeStrue.TIM_Pulse = 0; //设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值
	TIM_OC4Init(TIM3, &TIM_OCInitTypeStrue); //根TIM_OCInitTypeStrue参数初始化定时器3通道4
 
	TIM_OC4PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Disable); //CH4预装载 失能后改变TIM_Pulse(即PWM)的值立刻生效，使能则下个周期生效
	
	TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE); //TIM3预装载使能，使能后改变arr立即生效，不使能则下个周期生效
	
	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能定时器TIM3
}
//设置L298N的IN1,IN2引脚为PB12和PB13，控制电机转向
void Dir_GPIO_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //定义一个引脚初始化的结构体
	
	
	//L298N控制方向引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13; 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; //引脚输入输出模式为推挽输出模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //引脚输出速度为50MHZ
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //根据上面设置好的GPIO_InitStructure参数，初始化引脚
	
	GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13); //初始化设置引脚低电平
 
	
}
//电机初始化
void Motor_Init(void)
{
	TIM3_PWM_Init(7199,0);//pwm初始化
	Dir_GPIO_Init();//方向控制引脚初始化
}
//电机方向控制，pwm为正就是正转，为负就是反转
void Dir_Ctl(int pwm)
{
	if(pwm>=0)//pwm>=0 (BIN2, BIN2)=(0, 1) 正转 顺时针
  {
		PBout(13)=0; //BIN2=0
		PBout(12)=1; //BIN1=1
		TIM_SetCompare4(TIM3, pwm);//设置PWM值
  }
  else if(pwm<0)//pwm<0 (BIN2, BIN1)=(1, 0) 反转 逆时针
  {
		PBout(13)=1; //BIN2=1
		PBout(12)=0; //BIN1=0
		TIM_SetCompare4(TIM3, -pwm);//设置PWM值
  }
}

        PB1为定时器3的通道4，用作PWM输出，接到L298N的通道A使能，PB12和PB13为普通IO口，控制电机正反转，接到L298N的IN1和IN2。

main.c测试函数如下:

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "motor_ctl.h"
int PWM=0;          //PWM控制变量
int Step=500;   //速度渐变速率 相当于加速度
 int main(void)
 {		
	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
	Motor_Init();		  	//初始化电机
   	while(1)
	{
            //速度循环变化 
				if(PWM<=-7000)Step=500;      //减速到反转最大速度后加速
				else if(PWM>=7000)Step=-500; //加速到正转最大速度后减速
				PWM=PWM+Step; //速度渐变
				Dir_Ctl(PWM);  //设置PWM
	} 
 
}
 

关于MOE主输出使能

        上述定时器输出PWM配置针对的是通用定时器，如果要用高级定时器输出PWM还要使能刹车和死区寄存器（TIM1_BDTR）的 MOE 位，以使能整个 OCx（即 PWM）输出。

TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);    //MOE 主输出使能    

        如果不是高级定时器不能加这句话，会卡在这里。