基于STM32智能小车-＞电机驱动
时间：2023-04-27 00:07:01
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目录
一、直流电机原理
二、减速器
三、电机实物接线图
编码器?-toc" style="margin-left:0px;">四、电机编码器
1.为什么要用电机编码器？
2.使用电机编码器
五、为什么要用电机驱动
六、TB6612电机驱动
1.TB6612的接线
2.tb6612控制电机的正反转和转速
七、stm32代码实现
一、直流电机原理
以下是分析直流电机的物理模型图。其中，固定部分为磁铁，称为主磁极；固定部分和电刷。旋转部分包括环形铁芯和环形铁芯上的绕组。（其中两个小圆圈设置为方便表示该位置的导体电位或电流方向）
它的固定部分(定子)安装了一对静态主磁极N和直流励磁S，电枢铁芯安装在旋转部分(转子)上。两个导体连接的电枢线圈放置在电枢铁芯上，线圈的一端和末端分别连接到两个弧形铜片上，称为换向片。换向片相互绝缘，由换向片组成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴绝缘。在换向片上放置一对固定电刷B1和B2.电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路连接。
??在电刷上施加直流电压U，电枢线圈内的电流流向为：N极下有效边中的电流总是一个方向，而S极下有效边中的电流总是另一个方向。这样，两个有效边的洛伦兹力方向相同（可根据左手法确定），电枢开始旋转。
??具体来说，是的，把上图中的 和-分别接收电池的正负极，电机可以旋转；如果是上图所示 和-分别接到电池的负极和正极，则电机会反方向转动。电机的转速可以理解为和外接的电压是正相关的（实际是由电枢电流决定）。
??总之，如果我们能的话调整施加在电机上的直流电压，调整直流电机的速度，改变施加在电机上的直流电压的极性，实现电机的转向。
二、减速器
??一般来说，直流电机的转速是每分钟数千转，因此通常需要安装减速器。减速器是一种相对精密的机械部件，使用它的目的是降低速度和增加扭矩。减速后的直流电机扭矩增大，可控性更强。根据不同的传动等级，可分为单级和多级减速器；齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器。
齿轮减速箱体积小，传动扭矩大，但有一定的回程间隙。
蜗轮蜗杆减速机的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。
行星减速器具有结构紧凑、回程间隙小、精度高、使用寿命长、额定输出扭矩大、价格略贵等优点。
三、电机实物接线图
对于我们的电机，我们可以看到电机后面的图片。
上面介绍了很多直流电机只引出两条线。为什么这个电机有？ 六条线，还有两个大焊点？事实上，根据上图，这两个焊点分别与黄线和棕线相连。也就是说，只有6 个线，而6P 排线中，中间的四条线(红、绿、白、黑)是编码器的线，只用于测速，与直流电机本身无关。实现开环控制时不需要使用。
??综上所述，我们调试和换向只能通过控制黄线和棕线两端施加的直流电压大小和极性来实现。
四、电机编码器
1.为什么要用电机编码器？
光电编码器和霍尔编码器有两种电机编码器。光电编码器精度更高，价格更贵。电机编码器可以测量电机的角度、速度和正反转。有了电机编码器，可以监控电机的状态，更好地控制电机。
2.使用电机编码器
有电机编码器AB两相，AB编码器的所有信息都集成在两个脉冲中。
一般编码器有四条线，VCC、GND、A相、B相。AB与单片机相连IO口腔捕获脉冲。
理想的AB相波形图。
(1)根据A相超前或滞后B相判断正反转。
(2)电机每转一圈的脉冲数量是一样的，所以测量的脉冲数量除上一圈的总数是电机的当前角度。如果使用四倍频计数，则除以4。
(3)如果每隔一段时间读取脉冲数，然后清除计数器0，则读取的数量相当于电机转速。
如果使用STM32.可以用定时器输入捕获的编码器模式进行计数。直接读取计数器值，并带有自己的滤波器。
五、为什么要用电机驱动
一般电机连接电源即可转动，正接正转，反接反转。
如果要用单片机的IO由于口控电机需要电机驱动，原因是IO口功率不足以驱动电机，单片机可能会燃烧。
六、TB6612电机驱动
TB6612FNG可驱动两台电机，TB6612FNG 与传统相比，模块 L298N 效率提高了很多，体积降低了体积，额定范围内，芯片基本不发热。PWM控制的频率可达100kHZ。
TB6612 模块测试一个电机的接线图：
VM：电机驱动电压，一般为2.5~13.5V
VCC：芯片驱动电压，3.3V或5V
STBY：高电平（3.3V/5V）使能芯片，低电平进入待机状态
PWMA：电机A的PWM控制，接单片机
PWMB：电机B的PWM控制，接单片机
AIN1：电机A的逻辑输入，接单片机
AIN2：电机A的逻辑输入，接单片机
BIN1：电机B的逻辑输入，接单片机
BIN2：电机B的逻辑输入，接单片机
AO1：电机A的输出，接电机A
AO2：电机A的输出，接电机A
BO1：电机B的输出，接电机B
BO2：电机B的输出，接电机B
1.TB6612的接线
tb6612是双电机驱动，即可同时驱动两个电机，有四种电机控制模式：正转/反转/制动/停止
VM :5V-10V电压
VCC:逻辑电平输入（接到C8t6上时，接3.3v或5v都可）
M1电机控制端：
pwmA:接到c8t6的pwm输出引脚上
（c8t6的pwm是通过定时器输出的，对照数据手册找到相应的定时器pwm输出通道即可）
AIN1\AIN2:接到c8t6的io口
（一个为高电平，另一个为低电平即可使电机转动）
AO1\AO2:接电机线
M2电机控制端：
pwmB:接到c8t6的pwm输出引脚上
（c8t6的pwm是通过定时器输出的，对照数据手册找到相应的定时器pwm输出通道即可）
BIN1\BIN2:接到c8t6的io口
（一个为高电平，另一个为低电平即可使电机转动）
BO1\BO2:接电机线
STBY:这是模块工作状态控制端，高电平工作，低电平不工作
（使用时可连接到c8t6的io口，只需把此io口设置为高电平即可）
GND:接地，连接一个即可
2.tb6612控制电机的正反转和转速
正反转是通过AIN1、AIN2、BIN1、BIN2四个引脚控制的，而电机转速是通过PWMA、PWMB控制的
真值表
可以看出只需改变AIN1、AIN2、BIN1、BIN2的高低电平就可实现电机的正反转。
而转速的改变是通过改变pwm的占空比来实现的，高电平占空比越小电机转速越慢，本人的理解是电机在单位时间内接到的高电平时间减少，他的速度就会变慢
七、stm32代码实现
这里我选用的是模式1，有效电平为高
/*motor.c
#include "motor.h"
#include "stm32f10x.h" // Device header
//AIN1->PB13 AIN2->PB12
//BIN1->PB1 BIN2->PB0
void motor_init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitTstrute;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
GPIO_InitTstrute.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//通用推挽输出
GPIO_InitTstrute.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_12 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_0;
GPIO_InitTstrute.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitTstrute); //端口初始化
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_12 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_0);//输出高
}
/*
TIM1 PWM部分初始化
arr：自动重装值
psc：时钟预分频数
定时时长：时长等于频率的倒数
频率：72MHZ/（psc+1） * （arr+1）
PA11->ENA TIM1_CH4
PA8 ->ENB TIM1_CH1
*/
void TIM1_PWN_Init(u16 arr, u16 psc)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitTstrute;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitstrute;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitstrute;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1,ENABLE);//使能定时器1时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIO外设时钟
//设置该引脚为复用输出功能,输出TIM1 CH1的PWM脉冲波形 GPIOA.8 和 输出TIM1 CH4的PWM脉冲波形 GPIOA.11
GPIO_InitTstrute.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_InitTstrute.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_11;//TIM1 CH1和TIM_CH4
GPIO_InitTstrute.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitTstrute);//初始化GPIO
//初始化TIM1
TIM_TimeBaseInitstrute.TIM_Period = arr;//设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
TIM_TimeBaseInitstrute.TIM_Prescaler = psc;//设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
TIM_TimeBaseInitstrute.TIM_ClockDivision = 0;//设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseInitstrute.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseInit(TIM1,&TIM_TimeBaseInitstrute);//根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
//初始化TIM1 Channel1 PWM模式
TIM_OCInitstrute.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;//选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1
TIM_OCInitstrute.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;//比较输出使能
TIM_OCInitstrute.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;//输出极性:TIM输出比较极性高
TIM_OC1Init(TIM1,&TIM_OCInitstrute); //根据T指定的参数初始化外设TIM1 OC1
TIM_OC1PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM1在CCR1上的预装载寄存器
//初始化TIM1 Channel4 PWM模式
TIM_OCInitstrute.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1
TIM_OCInitstrute.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;//比较输出使能
TIM_OCInitstrute.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;//输出极性:TIM输出比较极性高
TIM_OC4Init(TIM1,&TIM_OCInitstrute);//根据T指定的参数初始化外设TIM1 OC4
TIM_OC4PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM1在CCR4上的预装载寄存器
TIM_Cmd(TIM1,ENABLE); //使能TIM1
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);//MOE 主输出使能,高级定时器必须开启这个
}
void qian(u16 pwm)
{
AIN1 = 1;
AIN2 = 0;
BIN1 = 0;
BIN2 = 1;
TIM_SetCompare1(TIM1,pwm);//设置TIM1通道1 捕获/比较寄存器值为100可以计算出占空比：为1/20
TIM_SetCompare4(TIM1,pwm);//设置TIM1通道4 捕获/比较寄存器值为500可以计算出占空比：为5/20
}
void hou(u16 pwm)
{
AIN1 = 0;
AIN2 = 1;
BIN1 = 1;
BIN2 = 0;
TIM_SetCompare1(TIM1,pwm);//设置TIM1通道1 捕获/比较寄存器值为100可以计算出占空比：为1/20
TIM_SetCompare4(TIM1,pwm);//设置TIM1通道4 捕获/比较寄存器值为500可以计算出占空比：为5/20
}
void zuo(u16 pwm)
{
AIN1 = 1;
AIN2 = 0;
BIN1 = 1;
BIN2 = 0;
TIM_SetCompare1(TIM1,pwm);//设置TIM1通道1 捕获/比较寄存器值为100可以计算出占空比：为1/20
TIM_SetCompare4(TIM1,pwm);//设置TIM1通道4 捕获/比较寄存器值为500可以计算出占空比：为5/20
}
void you(u16 pwm)
{
AIN1 = 0;
AIN2 = 1;
BIN1 = 0;
BIN2 = 1;
TIM_SetCompare1(TIM1,pwm);//设置TIM1通道1 捕获/比较寄存器值为100可以计算出占空比：为1/20
TIM_SetCompare4(TIM1,pwm);//设置TIM1通道4 捕获/比较寄存器值为500可以计算出占空比：为5/20
}
void tingzhi(void)
{
AIN1 = 0;
AIN2 = 0;
BIN1 = 0;
BIN2 = 0;
}
/* motor.h
#ifndef _MOTOR_H
#define _MOTOR_H
#include "stm32f10x.h"
#include "sys.h"
#define AIN1 PBout(13)
#define AIN2 PBout(12)
#define BIN1 PBout(1)
#define BIN2 PBout(0)
//L298N驱动
//AIN1->PB13 AIN2->PB12
//BIN1->PB1 BIN2->PB0
void motor_init(void);
/*
TIM1 PWM部分初始化
arr：自动重装值
psc：时钟预分频数
定时时长：时长等于频率的倒数
频率：72MHZ/（psc+1） * （arr+1）
*/
void TIM1_PWN_Init(u16 arr, u16 psc);
void qian(u16 pwm);
void hou(u16 pwm);
void you(u16 pwm);
void zuo(u16 pwm);
void tingzhi(void);
#endif
