1.有刷电机驱动电路
有刷电机是电机领域中最简单且历史最悠久的电机种类之一,至今仍广泛应用于各个领域。它的控制非常简单,只需对电机的两个电极加上正向电压,电机就会顺时针旋转;若加上反向电压,则旋转方向也会反转。通过控制电极上的电压,可以调节电机的转速。
在电机控制电路中,最常用的元件是MOS管。MOS管可以分为两大类型:P沟道MOS和N沟道MOS。简单来说,MOS管可以被看作是一个自来水阀门,Gate端是控制端,调节了Drain端和Source端之间的电流流过程。
下面是两种 MOS 的典型用法。P 沟道的 MOS 一般 S 接电源正极,然后 Vgs 需要一个负电压来打开电流通道,而 N 沟道的 S 极一般接电源的负极,Vgs 需要一个正电压来打开电流通道。
资料来源于 IOR 公司数据手册
我们先从一个最简单的驱动电路开始。单片机控制 MOS 管栅极为高时,电流从电源经过电机和 MOS 管到地。当栅极为低时,MOS 管断开,此时电机线圈内的电流继续通过续流二极管回流电机的正极。我们通过调节栅极控制端的PWM占空比,就可以控制电机的转速。
2.TIM模块
TIM 模块最重要的三个寄存器是:
Counter Register (TIMx_CNT) 计数寄存器
Auto-Reload Register (TIMx_ARR) 重置寄存器
Capture/compare mode register 1 (TIMx_CCMRx) 输入捕获/输出比较寄存器
Counter 在时钟的驱动下计数
Auto-Reload 设定计数的最大限制值
Capture/Compare 锁存一个事件发生时的计数值到Capture/计数达到 Compare 值后触发一个事件
在 PWM 模式下,Auto-Reload 寄存器设定PWM的周期,Compare 设定占空比。
有一点需要注意的是一个 TIM 模块只有一个计数器和一个重置寄存器,而有多个输入捕获/输出比较寄存器。所以一个 TIM 模块的多个通道可以设置不同的占空比,但周期都是相同的。
所以我们在选用 MCU 的时候,如果需要产生多种周期的 PWM,不仅要看它的定时器模块一共有多少通道数,还要看是否有足够的独立 TIM 模块。
3.代码
我们在下面这个工程的基础上修改来实现用一个可调电阻控制PWM占空比,来控制电机的转速。
STM32Cube_FW_F0_V1.11.0\Projects\STM32F030R8-Nucleo\Examples\TIM\TIM_PWMOutput\MDK-ARM\Project.uvprojx
这个工程默认使用TIM3模块输出4路PWM,我们可以只保留其中一路。
然后把ADC采样的代码添加进来:
Step 1:
stm32f0xx_hal_conf.h
#define HAL_ADC_MODULE_ENABLED
Step 2:
main.h
添加ADC相关宏定义
Step 3:
stm32f0xx_hal_msp.c
添加ADC使用的引脚的初始化代码
Step 4:
把ADC的驱动文件添加进工程,在主程序初始化ADC。
Step 5:
读取 ADC 的值,写入 TIM 的 CCR 寄存器,观察 PWM 占空比的变化。根据电机的特性,还可能需要改变 PWM 的周期。
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