【開源教程16】瘋殼·開源編隊(duì)無人機(jī)-PWM（電機(jī)控制）

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——瘋殼·無人機(jī)·系列

PWM（電機(jī)控制）

   
    圖1


    一、PWM 簡介
    脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。
    PWM 在生活中非常的常見，小到呼吸燈的閃爍，達(dá)到航天飛船都會應(yīng)用到
    PWM 技術(shù)。PWM 的波形如下圖所示。

   
    圖2
    二、占空比簡介
    占空比是脈沖寬度調(diào)制技術(shù)中常用專業(yè)術(shù)語，占空比是指在一個(gè)時(shí)鐘脈沖周期（T）內(nèi)，高電平（t1）的時(shí)間占總周期時(shí)間的比值，即占空比（duty）=t1/T*100%
    如下圖所示是一系列典型的脈沖波形。

   
    圖3
    第一個(gè)PWM 波，周期為 10ms，高電平的時(shí)間為 4ms，所以占空比為 40%，同理第二個(gè) PWM 波為 60%，第三個(gè)為 80%。
    一般地，占空比反映了等效幅值的大小：占空比越大，等效幅值越高；占空比越小，等效幅值越低。如下圖所示為不同占空比對應(yīng)等效幅值的關(guān)系示意圖。

   
    圖4
    三、STM32 的PWM 模式
    STM32 上定時(shí)器有專門的 PWM 模式，它的原理是通過定時(shí)器使用比較輸出的方式如下圖所示產(chǎn)生波形。

   
    圖5
    ARR 為自動重載寄存器，CCR 為捕獲/比較寄存器，CNT 就是定時(shí)器的計(jì)數(shù)器，CNT 的值從 0 開始遞增，使用 PWM 模式后，可以設(shè)置有效電平，以及 PWM 的模式。上圖所示的是當(dāng) CNT 的值小于 CCRx 時(shí)，輸出低電平，當(dāng) CNT 的值大于 CCRx 時(shí)，輸出高點(diǎn)平，所以我們可以通過改變 ARR 的值來改變 PWM 的周期，改變 CCRx 的值來改變 PWM 的占空比，從而實(shí)現(xiàn)任意頻率任意占空比的PWM 波。
    四、寄存器
    STM32 的 PWM 輸出模式涉及到以下寄存器。
    （1）TIMx_CR1：定時(shí)器控制寄存器 1，如下圖所示。

   
    圖6
    其中 CKD 來設(shè)置時(shí)鐘分頻，ARPE 來使能自動重載預(yù)裝載，CEN 來使能計(jì)數(shù)器。
    （2）TIMx_CCMR1：定時(shí)器捕獲比較模式寄存器，如下圖所示。

   
    圖7
    OC1M 來配置 PWM 的模式，PWM 模式 1，CNTCCR1 時(shí)為無效狀態(tài)；PWM 模式 2，CNTCCR1 為有效狀態(tài)。OC1PE 來使能預(yù)裝載。CC1S 來配置通道的輸入輸出模式（默認(rèn)為輸出模式）。
    （3）TIMx_CCER：捕獲比較使能寄存器，如下圖所示。

   
    圖8
    CC1P 來配置輸出極性，可以選擇高電平有效或者低電平有效。CC1E 來使能捕獲/比較。
    五、PWM 電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)
    PWM 電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)使用 STM32 的定時(shí)器的 PWM 輸出功能，可對飛控上的電機(jī)所在的引腳，產(chǎn)生不同占空比的 PWM，從而實(shí)現(xiàn)讓四個(gè)電機(jī)以不同的速度旋轉(zhuǎn)。（注意：做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，占空比不要調(diào)節(jié)過大，該實(shí)驗(yàn)會使旋翼轉(zhuǎn)動，要小心無人機(jī)的旋翼劃傷手）無人機(jī)的四個(gè)旋翼如下圖所示。

   
    圖9
    根據(jù)原理圖，可以看到四個(gè)電機(jī)分別由兩個(gè) AO9926C 控制，AO9926C 其實(shí)想當(dāng)于是兩路的 N 溝道 MOS 管，兩個(gè) AO9926C 的四個(gè) MOS 管的 G 極（柵極） 接口分別是：PB6、PB7、PB8、PB9，如下圖所示。

          
    圖10

  
    圖11

    查看數(shù)據(jù)手冊可知，PB6、PB7、PB8、PB9 分別對應(yīng)的是 TIM4_CH1、TIM4_CH2、TIM4_CH3、TIM4_CH4，即定時(shí)器 4 的輸出通道 1~4。
    配置輸出 PWM 的代碼編寫的思路如下：

   
    表1
    定時(shí)器 PWM 輸出的初始化代碼如下：

   
    圖12
    裝載不同的 CCR 值，產(chǎn)生不同的占空比，從而使四個(gè)電機(jī)以不同的速度旋轉(zhuǎn)，代碼如下圖所示。

   
    圖13

    其中TIM4_CH1 裝載CCR 值為25、TIM4_CH2 裝載CCR 值為50、TIM4_CH3
    裝載 CCR 值為 75、TIM4_CH4 裝載 CCR 值為 100。如下圖所示。

   
    圖14
    保存、編譯、下載代碼（注意旋翼會轉(zhuǎn)動，小心劃傷），可以看到四個(gè)旋翼以不同的速度轉(zhuǎn)動，其中轉(zhuǎn)速的排序?yàn)榻釉?PB6 的電機(jī)<接在 PB7 的電機(jī)<接在PB8 的電機(jī)<接在 PB9 的電機(jī)。





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2022-8-22 14:51 上傳

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