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【飛控開(kāi)發(fā)基礎教程9】瘋殼·開(kāi)源編隊無(wú)人機-PWM（電機控制）
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作者:
Linda-x
時(shí)間:
2022-7-21 18:49
標題:
【飛控開(kāi)發(fā)基礎教程9】瘋殼·開(kāi)源編隊無(wú)人機-PWM（電機控制）
COCOFLY教程
——瘋殼·無(wú)人機·系列
PWM（電機控制）
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圖1
一、PWM 簡(jiǎn)介
脈沖寬度調制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫(xiě)，簡(jiǎn)稱(chēng)脈寬調制，是利用微處理器的數字輸出來(lái)對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應用在從測量、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(jiàn)，小到呼吸燈的閃爍，達到航天飛船都會(huì )應用到
PWM 技術(shù)。PWM 的波形如下圖所示。
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圖2
二、占空比簡(jiǎn)介
占空比是脈沖寬度調制技術(shù)中常用專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，占空比是指在一個(gè)時(shí)鐘脈沖周期（T）內，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。
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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�。赫伎毡仍酱�，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(guān)系示意圖。
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圖4
三、STM32 的PWM 模式
STM32 上定時(shí)器有專(zhuān)門(mén)的 PWM 模式，它的原理是通過(guò)定時(shí)器使用比較輸出的方式如下圖所示產(chǎn)生波形。
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圖5
ARR 為自動(dòng)重載寄存器，CCR 為捕獲/比較寄存器，CNT 就是定時(shí)器的計數器，CNT 的值從 0 開(kāi)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(shí)，輸出低電平，當 CNT 的值大于 CCRx 時(shí)，輸出高點(diǎn)平，所以我們可以通過(guò)改變 ARR 的值來(lái)改變 PWM 的周期，改變 CCRx 的值來(lái)改變 PWM 的占空比，從而實(shí)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(shí)器控制寄存器 1，如下圖所示。
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圖6
其中 CKD 來(lái)設置時(shí)鐘分頻，ARPE 來(lái)使能自動(dòng)重載預裝載，CEN 來(lái)使能計數器。
（2）TIMx_CCMR1：定時(shí)器捕獲比較模式寄存器，如下圖所示。
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圖7
OC1M 來(lái)配置 PWM 的模式，PWM 模式 1，CNT
CCR1 時(shí)為無(wú)效狀態(tài)；PWM 模式 2，CNT
CCR1 為有效狀態(tài)。OC1PE 來(lái)使能預裝載。CC1S 來(lái)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。
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圖8
CC1P 來(lái)配置輸出極性，可以選擇高電平有效或者低電平有效。CC1E 來(lái)使能捕獲/比較。
五、PWM 電機控制實(shí)驗
PWM 電機控制實(shí)驗使用 STM32 的定時(shí)器的 PWM 輸出功能，可對飛控上的電機所在的引腳，產(chǎn)生不同占空比的 PWM，從而實(shí)現讓四個(gè)電機以不同的速度旋轉。（注意：做實(shí)驗的時(shí)候，占空比不要調節過(guò)大，該實(shí)驗會(huì )使旋翼轉動(dòng)，要小心無(wú)人機的旋翼劃傷手）無(wú)人機的四個(gè)旋翼如下圖所示。
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圖9
根據原理圖，可以看到四個(gè)電機分別由兩個(gè) AO9926C 控制，AO9926C 其實(shí)想當于是兩路的 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。
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圖10
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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(shí)器 4 的輸出通道 1~4。
配置輸出 PWM 的代碼編寫(xiě)的思路如下：
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表1
定時(shí)器 PWM 輸出的初始化代碼如下：
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圖12
裝載不同的 CCR 值，產(chǎn)生不同的占空比，從而使四個(gè)電機以不同的速度旋轉，代碼如下圖所示。
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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。
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圖14
保存、編譯、下載代碼（注意旋翼會(huì )轉動(dòng)，小心劃傷），可以看到四個(gè)旋翼以不同的速度轉動(dòng)，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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