【飛控開發基礎教程9】瘋殼·開源編隊無人機-PWM（電機控制）

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——瘋殼·無人機·系列

PWM（電機控制）

   
    圖1


    一、PWM 簡介
    脈沖寬度調制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調制，是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。
    PWM 在生活中非常的常見，小到呼吸燈的閃爍，達到航天飛船都會應用到
    PWM 技術。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制技術中常用專業術語，占空比是指在一個時鐘脈沖周期（T）內，高電平（t1）的時間占總周期時間的比值，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PWM 波，周期為 10ms，高電平的時間為 4ms，所以占空比為 40%，同理第二個 PWM 波為 60%，第三個為 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等效幅值的關系示意圖。

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

   
    圖5
    ARR 為自動重載寄存器，CCR 為捕獲/比較寄存器，CNT 就是定時器的計數器，CNT 的值從 0 開始遞增，使用 PWM 模式后，可以設置有效電平，以及 PWM 的模式。上圖所示的是當 CNT 的值小于 CCRx 時，輸出低電平，當 CNT 的值大于 CCRx 時，輸出高點平，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，從而實現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：定時器控制寄存器 1，如下圖所示。

   
    圖6
    其中 CKD 來設置時鐘分頻，ARPE 來使能自動重載預裝載，CEN 來使能計數器。
    （2）TIMx_CCMR1：定時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 時為無效狀態；PWM 模式 2，CNTCCR1 為有效狀態。OC1PE 來使能預裝載。CC1S 來配置通道的輸入輸出模式（默認為輸出模式）。
    （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 電機控制實驗
    PWM 電機控制實驗使用 STM32 的定時器的 PWM 輸出功能，可對飛控上的電機所在的引腳，產生不同占空比的 PWM，從而實現讓四個電機以不同的速度旋轉。（注意：做實驗的時候，占空比不要調節過大，該實驗會使旋翼轉動，要小心無人機的旋翼劃傷手）無人機的四個旋翼如下圖所示。

   
    圖9
    根據原理圖，可以看到四個電機分別由兩個 AO9926C 控制，AO9926C 其實想當于是兩路的 N 溝道 MOS 管，兩個 AO9926C 的四個 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

    查看數據手冊可知，PB6、PB7、PB8、PB9 分別對應的是 TIM4_CH1、TIM4_CH2、TIM4_CH3、TIM4_CH4，即定時器 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
    定時器 PWM 輸出的初始化代碼如下：

   
    圖12
    裝載不同的 CCR 值，產生不同的占空比，從而使四個電機以不同的速度旋轉，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（注意旋翼會轉動，小心劃傷），可以看到四個旋翼以不同的速度轉動，其中轉速的排序為接在 PB6 的電機<接在 PB7 的電機<接在PB8 的電機<接在 PB9 的電機。





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2022-7-21 18:48 上傳

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