平衡小车制作（二）电机驱动（超详解）

发表时间：2023-06-30 02:32:26

大家好，我是小政。本篇文章我将针对平衡小车中的电机控制进行详细的讲解，驱动一个电机最重要的就是给它一个PWM信号，PWM的概念、如何驱动电机及通过改变PWM占空比进行电机调速我会在本篇文章中进行详解。让每位小伙伴能够对PWM（脉冲宽度调制）和电机控制有更加清晰的理解。

一、硬件设计

1.直流减速电机直流减速电机，即齿轮减速电机，是在普通直流电机的基础上，加上配套齿轮减速箱。齿轮减速箱的作用是，提供较低的转速，较大的力矩。简单的来说，STM32分配两个IO口给一个直流减速电机，并给予高低电平，来使得电机进行正转或反转。我用的电机为GM25-370直流减速电机（带霍尔编码器），工作电压：6-24VDC，额定电压12V，额定电流0.65A，空载转速350RPM，额定功率5W，最大精度，1496CPR，配备 CPR霍尔AB两相编码器，减速后输出单圈374个正交脉冲。

图1 GM25-370直流减速电机（带霍尔编码器）

图2 霍尔编码器接口引脚

2.TB6612FNG电机驱动芯片要实现小车的转向与前进后退控制，我们可以使用STM32实现，但是STM32的IO口带负载能力较弱，而直流电机是大电流感性负载，所以我们需要功率放大器件，在这里，我选择使用TB6612FNG这款电机驱动芯片。 TB6612FNG 是东芝半导体公司生产的一款直流电机驱动器件，它具有大电流MOSFET-H 桥结构，双通道电路输出，可同时驱动 2 个电机。相比于 L298N的热耗性和外围二极管续流电路，TB6612FNG无需外加散热片，外围电路简单，只需外接电源滤波电容就可以直接驱动电机，利于减小系统尺寸。对于PWM信号输入频率范围，我采用10KHz的频率，并通过改变占空比调节电机的速度。特点：

T每通道输出最高1.2A的连续驱动电流，启动峰值电流达2A/3.2A（连续脉冲/单脉冲）；4种电机控制模式：正转/反转/制动/停止；PWM支持频率高达100kHz；待机状态；片内低压检测电路与热停机保护电路；工作温度：-20~85°C封装：SSOP24（画PCB时注意！）

引脚介绍：

VM1：电源输入（电机输入电源），这里我设置为12V。VCC：驱动电源输入（驱动芯片），这里我设置为5V。GND：芯片上的地都是共地。STNDBY：总使能端，相当于EN，高电平有效，这里直接与VCC连接。PWMA，PWMB：从MCU输入，我设置10Khz的PWM频率AIN1，AIN2：电机状态控制。A0，A1，B0，B1：输出到电机。

平衡小车中使用到的引脚：电机1——PB12/PB13 电机2——PB14/PB15 PWM1——PA8 PWM2——PA11

图3 TB6612FNG电机驱动芯片

图4 AN1和AN2引脚高低电平对应电机状态

3.H桥驱动电路上面说到TB6612FNG 具有大电流MOSFET-H桥结构，那么很多小伙伴想问：什么是H桥结构呢？我以下面两张图举例，帮助大家简单化理解H桥电路结构。注：图中的电路Q1,Q2,Q3,Q4为三极管，而TB6612内部集成的是四个MOSFET，我以下图举例，大家不可把下图看做是TB6612内部电路，其内部电路可查看TB6612的参考手册。这里推荐给大家一个查找芯片的网址：http://www.semiee.com/（半岛小芯） ① 当Q1,Q4导通，Q2,Q3关断时，电流从Q1,从电机正极通过电机负极，再从Q4流出，完成一条回路，电机Motor正转。

图5 H桥电路：电机正转

① 当Q2,Q3导通，Q1,Q4关断时，电流从Q3,从电机负极通过电机正极，再从Q2流出，完成一条回路，电机Motor反转。

图6 H桥电路：电机反转二、软件编程

1.电机驱动函数——motor.c 1）电机GPIO初始化函数入口参数：无

初始化GPIO–PB12、PB13、PB14、PB15为推挽输出 void Motor_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);// 开启时钟GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;// 初始化GPIO--PB12、PB13、PB14、PB15为推挽输出GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_12 | GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);}

2）限幅函数入口参数：电机A脉冲个数，电机B脉冲个数

限制电机的脉冲个数在规定范围内，有个最值，即自动重装载值（我设置的是PWM_MAX = 7200，PWM_MIN = -7200） void Limit(int *motoA,int *motoB){if(*motoA>PWM_MAX)*motoA=PWM_MAX;if(*motoAPWM_MAX)*motoB=PWM_MAX;if(*motoB//1.研究正负号，对应正反转if(moto1>0) Ain1=1,Ain2=0;//正转else Ain1=0,Ain2=1;//反转//2.研究PWM值TIM_SetCompare1(TIM1,abs(moto1)); //1.研究正负号，对应正反转if(moto2>0) Bin1=1,Bin2=0;else Bin1=0,Bin2=1; //2.研究PWM值TIM_SetCompare4(TIM1,abs(moto2));}

2.电机驱动函数头文件——motor.h

#ifndef _MOTOR_H#define _MOTOR_H#include "sys.h" #define Ain1 PBout(14)#define Ain2 PBout(15)#define Bin1 PBout(13)#define Bin2 PBout(12)void Motor_Init(void);void Limit(int *motoA,int *motoB);int abs(int p);void Load(int moto1,int moto2);#endif

3.PWM函数——pwm.c 1. 定时器初始化函数入口参数：预分频值，自动重装载值

PA8,PA11复用推挽输出对应定时器1通道1和通道4开启MOE主输出使能（高级定时器特有!!!） void PWM_Init_TIM1(u16 Psc,u16 Per){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_TIM1 | RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);//开启时钟GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; // 初始化GPIO--PA8、PA11为复用推挽输出GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_11;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseInitStruct); // 初始化定时器。TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period=Per;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler=Psc;TIM_TimeBaseInit(TIM1,&TIM_TimeBaseInitStruct); // TIM1TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1; // 初始化输出比较TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse=0;TIM_OC1Init(TIM1,&TIM_OCInitStruct);TIM_OC4Init(TIM1,&TIM_OCInitStruct);TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);// 高级定时器专属!!!--MOE主输出使能TIM_OC1PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);// OC1预装载寄存器使能TIM_OC4PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);// OC4预装载寄存器使能TIM_ARRPreloadConfig(TIM1,ENABLE);// TIM1在ARR上预装载寄存器使能TIM_Cmd(TIM1,ENABLE); // 开定时器。}

4.PWM函数头文件——pwm.h

#ifndef _PWM_H#define _PWM_H#include "sys.h" void PWM_Init_TIM1(u16 Psc,u16 Per);#endif

以上就是平衡小车系列文章第二讲——电机驱动，包括硬件结构讲解和STM32软件编程的讲解，文章中出现错误或者小伙伴对以上内容有所疑问，欢迎大家在评论区留言，小政看到后会尽快回复大家！【平衡小车制作】（三）编码器讲解（超详解） https://blog.csdn.net/weixin_44270218/article/details/113195466