【STM32】Hal库学习——PWM驱动电机

本文记录了一位开发者使用STM32 HAL库配置PWM、定时器中断和编码器,实现四旋翼无人机电机控制的过程。详细介绍了如何设置芯片、时钟、串口、PWM、定时器中断以及编码器,同时分享了中断优先级配置和编码器速度计算的代码实现。作者强调了在使用HAL库时开启PWM的重要性,并分享了学习心得。

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51我觉得我学得差不多了,虽然有一些通讯协议还没学,但是由于忙着团队的考核于是要开始弄四旋翼无人机,我打算用stm32的hal库来写。在此留下我的学习印记。

一。配置Hal库

这部分参考【STM32】HAL库 PWM控制电机转速与编码器读取(超详解)HAL库的学习 —— PWM的配置及控制

1.芯片选择

这里根据自己所用的芯片来进行选择,我用的是stm32f103c8t6

 2.设置RCC(系统时钟)

设置高速外部时钟HSE 选择外部时钟源

 3.串口配置

这里我配置的是USART1,异步收发,波特率默认:115200 Bit/s

4.PWM配置 

使用定时器1通道1和通道4(TIM1_CH1和TIM1_CH4),频率10KHz在这里插入图片描述

PWM频率计算公式 f = 定时器时钟频率 / [ (Period+1) *(Prescaler) ]= 72M / (7199+1) *1 = 10k HZ

占空比计算公式 = P = pulse/per *100%

程序里面可以通过调用函数__HAL_TIM_SET_COMPARE(); 来改变占空比,我们就是通过这一函数来控制电机转速。

这里的定时器TIM1时钟为72MHz(自己通过时钟树去配置APB1的时钟频率)

若想深入了解Hal库中PWM各选项的含义,可学习此文 STM32对HAL库的PWM控制

5、定时器中断配置


  使用定时器2(TIM2),周期设为10ms,即10ms进一次定时器中断

在这里插入图片描述

 打开更新定时器中断在这里插入图片描述

7、编码器配置


  STM32自带编码器配置,使用定时器4(TIM4_CH1和TIM4_CH2),打开更新定时器中断

在这里插入图片描述

7、中断优先级配置


  因为编码器中断要发生在定时10ms中断内,故编码器中断的抢占优先级要大于定时10ms在这里插入图片描述

8、配置时钟


  F1系列芯片系统时钟为72MHzs在这里插入图片描述

9、项目创建最后步骤

  • 设置项目名称
  • 选择所用IDE在这里插入图片描述

10、输出文件

  • ②处:复制所用文件的.c和.h
  • ③处:每个功能生产独立的.c和.h文件在这里插入图片描述

 11、创建工程文件


  点击GENERATE CODE 创建工程


到这里就完成工程配置了。

接下来就是我们代码部分了

代码部分

1、配置下载工具


  这里我们需要勾选上下载后直接运行,然后进行一次编译

STM32源代码

main.c中响应各部分加上

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"
#include "math.h"
/* USER CODE END Includes */
/* USER CODE BEGIN PV */
unsigned int MotorSpeed;  // 电机当前速度数值,从编码器中获取
int MotorOutput;		  // 电机输出
/* USER CODE END PV */
/* USER CODE BEGIN 0 */
int fputc(int ch, FILE *p)
{
	while(!(USART1->SR & (1<<7)));    //检查SR标志位是否清零
	USART1->DR = ch;                  //将内容赋给DR位输出
	
	return ch;
}
/* USER CODE END 0 */
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);	    // TIM1_CH1(pwm)
  HAL_TIM_Encoder_Start(&htim4, TIM_CHANNEL_1); // 开启编码器A
  HAL_TIM_Encoder_Start(&htim4, TIM_CHANNEL_2); // 开启编码器B	
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);                // 使能定时器2中断
  /* USER CODE END 2 */
/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    static unsigned char i = 0;
    if (htim == (&htim2))
    {
        //1.获取电机速度
        MotorSpeed = (short)(__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim4)/18);   
        // TIM4计数器获得电机脉冲,该电机在10ms采样的脉冲/18则为实际转速的rpm
        __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim4,0);  // 计数器清零
        
      
        //2.将占空比导入至电机控制函数
        MotorOutput=3600; // 3600即为50%的占空比
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, MotorOutput);
        MotorOutput=MotorOutput*100/7200; 
        // 占空比(按最高100%计算,串口打印)
        i++;
        if(i>100)
        {
          // 打印定时器4的计数值,short(-32768——32767)
          printf("Encoder = %d moto = %d \r\n",MotorSpeed,MotorOutput);	
          i=0;
        }
    }
}
/* USER CODE END 4 */


学习心得:记得先开HAL_TIM_PWM_Start这个函数,要不然输出不了pwm波

### 使用 STM32 HAL 进行 PWM 输出以实现电机限幅控制 为了通过 STM32 HAL 实现 PWM 输出并用于电机限幅控制,需理解 PWM 波形对于电机行为的影响以及如何配置定时器来生成这些波形。 当使用两路 PWM 控制电机时,推荐的做法是一路提供 PWM 信号而另一路保持高电平状态[^1]。这种配置有助于更精确地调整施加到电机上的电压平均值,从而更好地控制其转速范围内的表现。 具体来说,在 STM32 中可以通过初始化 TIMx 定时器通道作为 PWM 输出模式来进行此操作: ```c // 初始化TIMx定时器为PWM输出模式 __HAL_RCC_TIMx_CLK_ENABLE(); // 启用定时器时钟 htim.Instance = TIMx; htim.Init.Prescaler = PrescalerValue; // 设置预分频系数 htim.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; htim.Init.Period = PeriodValue; // 设定自动重装载寄存器ARR的值 if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim) != HAL_OK){ Error_Handler(); } ``` 接着定义两个互补工作的 PWM 通道,其中一个负责实际脉宽调制,另一个则始终处于激活状态(即持续输出高电平)。这可通过如下方式完成: ```c // 配置第一个PWM通道(假设为CH1),它将携带变化的信息 sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1; sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH; sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE; if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK){ Error_Handler(); } // 对于第二个通道(CH2),仅需将其固定在一个逻辑水平上即可 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_x; // 替换为对应引脚编号 GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct); HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, GPIO_PIN_x, GPIO_PIN_SET); // 将该引脚拉至高位 ``` 上述代码片段展示了如何利用 STM32 的硬件资源创建一对协同工作以达到最佳性能效果的 PWM 信号源之一。值得注意的是,这里提到的方法适用于大多数基于 ARM Cortex-M 架构微控制器的应用场景,并且可以根据特定需求进一步优化参数设置。 最后,为了确保安全运行范围内操作电机,可以引入软件层面的速度限制机制,比如在计算 PID 调节后的目标占空比之前加入判断语句,防止超出设定的最大最小界限。
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