智能小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)-基于STM32 課件 【ch05】實(shí)驗(yàn)3-電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)3電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)智能小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)——基于STM3201實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過學(xué)習(xí)智能小車核心板上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖、STM32微控制器的定時(shí)器相關(guān)功能與寄存器和STM32固件庫函數(shù)，編寫電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并利用DbgCar調(diào)試組件測試驅(qū)動(dòng)程序。PWM（PulseWidthModulation），即脈沖寬度調(diào)制，簡而言之，就是對(duì)脈沖寬度的控制。STM32的定時(shí)器分為3類，分別是基本定時(shí)器（TIM6和TIM7）、通用定時(shí)器（TIM2、TIM3、TIM4和TIM5）和高級(jí)控制定時(shí)器（TIM1和TIM8）。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容02實(shí)驗(yàn)原理脈沖寬度調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來控制模擬電路的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在測量、通信和功率控制與變換等許多領(lǐng)域中。PWM信號(hào)波形如圖5-1所示，STM32微控制器輸出的PWM信號(hào)高電平為3.3V。實(shí)驗(yàn)原理PWM簡介實(shí)驗(yàn)原理常見的直流電機(jī)符號(hào)如圖5-2所示。直流電機(jī)有兩個(gè)輸入端，電流輸入的方向決定了電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，兩端電壓決定了電機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢，電壓越大則電機(jī)轉(zhuǎn)速越快。然而在電機(jī)控制中通常很少使用修改電壓的方式控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，而是使用PWM信號(hào)來控制。通過修改PWM信號(hào)的占空比可控制其平均電壓，從而控制電機(jī)兩端的電壓，達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。實(shí)驗(yàn)原理直流電機(jī)簡介實(shí)驗(yàn)原理電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片簡介

智能小車使用的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片型號(hào)為L293DD013TR,該芯片的驅(qū)動(dòng)電壓范圍為4.5～36V,有4個(gè)輸出通道，每個(gè)輸出通道可以輸出600mA的電流，每個(gè)通道輸出電流峰值為1.2A。實(shí)驗(yàn)原理電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片簡介

(1)V,是電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源輸入端，直接連接小車電池，為小車電機(jī)供電。(2)Vs是內(nèi)部邏輯電路的供電端，接核心板5V電源網(wǎng)絡(luò)。(3)ENABLE1是PWM信號(hào)輸入端，由STM32微控制器提供。(4)OUT1為輸出端口，直接連接小車電機(jī)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。(5)IN1是OUT1使能端，高電平有效。實(shí)驗(yàn)原理電機(jī)電路原理圖

電機(jī)的完整驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖5-7所示，下面對(duì)其功能進(jìn)行詳細(xì)分析。查閱電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L293DD013TR的數(shù)據(jù)手冊可知，該芯片每個(gè)輸出通道的輸出電流峰值為1.2A。實(shí)驗(yàn)原理電機(jī)電路原理圖

電機(jī)的完整驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖5-7所示，下面對(duì)其功能進(jìn)行詳細(xì)分析。查閱電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L293DD013TR的數(shù)據(jù)手冊可知，該芯片每個(gè)輸出通道的輸出電流峰值為1.2A。實(shí)驗(yàn)原理通用定時(shí)器功能框圖

1.定時(shí)器時(shí)鐘源通用定時(shí)器的時(shí)鐘源包括來自RCC的內(nèi)部時(shí)鐘(CK_INT)、外部輸入腳Tx、外部觸發(fā)輸入TIMx_ETR和內(nèi)部觸發(fā)輸入ITRx。本書中的實(shí)驗(yàn)只用到內(nèi)部時(shí)鐘CKINT，TIM2～TIM的時(shí)鐘均由外設(shè)時(shí)鐘APB1提供，而所有實(shí)驗(yàn)的APB1預(yù)分頻器的分頻系數(shù)為2，APB1時(shí)鐘頻率為36MHz，因此，TIM2~TIM7時(shí)鐘頻率為72MHz。實(shí)驗(yàn)原理通用定時(shí)器功能框圖

2.觸發(fā)控制器觸發(fā)控制器的基本功能包括復(fù)位和使能定時(shí)器，以及設(shè)置定時(shí)器的計(jì)數(shù)方式(遞增/遞減計(jì)數(shù)),此外，還可以通過觸發(fā)控制器將通用定時(shí)器設(shè)置為其他定時(shí)器或DAC/ADC的觸發(fā)源。實(shí)驗(yàn)原理通用定時(shí)器功能框圖

2.觸發(fā)控制器觸發(fā)控制器的基本功能包括復(fù)位和使能定時(shí)器，以及設(shè)置定時(shí)器的計(jì)數(shù)方式(遞增/遞減計(jì)數(shù)),此外，還可以通過觸發(fā)控制器將通用定時(shí)器設(shè)置為其他定時(shí)器或DAC/ADC的觸發(fā)源。實(shí)驗(yàn)原理通用定時(shí)器功能框圖

3.時(shí)基單元時(shí)基單元對(duì)觸發(fā)控制器輸出的CK_PSC時(shí)鐘進(jìn)行預(yù)分頻得到CK_CNT時(shí)鐘，然后CNT計(jì)數(shù)器對(duì)經(jīng)過分頻之后的CK_CNT時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)CNT計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值與自動(dòng)重裝載寄存器的值相等時(shí)，產(chǎn)生事件。實(shí)驗(yàn)原理通用定時(shí)器功能框圖4.輸入通道通用定時(shí)器的輸入通道有4個(gè)，分別是TI1、TI2、TI3和TI4。TI2、TI3和TI4這3個(gè)通道分別對(duì)應(yīng)于TIMx_CH2、TIMx_CH3和TIMx_CH4引腳，TI1通道可以將TIMx_CH?引腳作為其信號(hào)源，也可以將TIMx_CH1、TIMx_CH2和TIMx_CH3引腳的異或結(jié)果作為其信號(hào)源。實(shí)驗(yàn)原理通用定時(shí)器功能框圖5.輸入濾波器和邊沿檢測器輸入濾波器首先對(duì)輸入信號(hào)TIx進(jìn)行濾波處理，輸入濾波器的參數(shù)由TIMxCR1的CKD[1:0]和TIMx_CCMRx的ICxF[3:0]決定。實(shí)驗(yàn)原理通用定時(shí)器功能框圖6.捕獲通道通用定時(shí)器有4個(gè)捕獲通道，分別是IC1、IC2、IC3和IC4。捕獲通道ICx用來捕獲輸入通道TIx通過輸入濾波器和邊沿檢測器輸出的信號(hào)TIxFPx或TRC,每個(gè)捕獲輸入通道TIx經(jīng)過輸入濾波器和邊沿檢測器輸出的信號(hào)TIxFPx可以同時(shí)作為兩個(gè)捕獲通道的輸入。每個(gè)捕實(shí)驗(yàn)原理通用定時(shí)器功能框圖

7.預(yù)分頻器如果ICx直接輸入捕獲/比較寄存器(TIMx_CCRx),那么就只能連續(xù)捕獲每一個(gè)邊沿，而無法實(shí)現(xiàn)邊沿的間隔捕獲，如每4個(gè)邊沿捕捉一次。ST公司在設(shè)計(jì)通用定時(shí)器和高級(jí)定時(shí)實(shí)驗(yàn)原理通用定時(shí)器功能框圖

8.捕獲/比較寄存器捕獲/比較寄存器（TIMxCCRx）既是捕獲輸入的寄存器，又是比較輸出的寄存器。TIMxCCRx有預(yù)裝載寄存器，可以通過TIMxCCMRx的CCXPE決定開啟或禁止TIMxCCRx的預(yù)裝載功能。實(shí)驗(yàn)原理通用定時(shí)器功能框圖

9.輸出控制和輸出引腳參考信號(hào)OCxREF經(jīng)過輸出控制之后會(huì)產(chǎn)生OCx信號(hào)，該信號(hào)最終通過通用定時(shí)器的外部引腳輸出，外部引腳包括TIMx_CH1、TIMx_CH2、TIMx_CH3和TIMx_CH4。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理通用定時(shí)器部分寄存器

1.控制寄存器1(TIMx_CR1)TIMx_CR1的結(jié)構(gòu)、偏移地址和復(fù)位值如圖5-9所示，對(duì)部分位的解釋說明如表5-1所示。實(shí)驗(yàn)原理通用定時(shí)器部分寄存器

2.控制寄存器2(TIMx_CR2)TIMx_CR2的結(jié)構(gòu)、偏移地址和復(fù)位值如圖5-10所示，對(duì)部分位的解釋說明如表5-2所示。實(shí)驗(yàn)原理通用定時(shí)器部分寄存器

3.DMA/中斷使能寄存器(TIMx_DIER)TIMx_DIER的結(jié)構(gòu)、偏移地址和復(fù)位值如圖5-11所示，對(duì)部分位的解釋說明如表5-3所示。實(shí)驗(yàn)原理通用定時(shí)器部分寄存器

4.狀態(tài)寄存器(TIMx_SR)TIMx_SR的結(jié)構(gòu)、偏移地址和復(fù)位值如圖5-12所示，對(duì)部分位的解釋說明如表5-4所示。實(shí)驗(yàn)原理通用定時(shí)器部分寄存器

5.事件產(chǎn)生寄存器(TIMx_EGR)TIMx_EGR的結(jié)構(gòu)、偏移地址和復(fù)位值如圖5-13所示，對(duì)部分位的解釋說明如表5-5所示。6.計(jì)數(shù)器(TIMx_CNT)TIMxCNT的結(jié)構(gòu)、偏移地址和復(fù)位值如圖5-14所示，對(duì)部分位的解釋說明如表5-6所示。7.預(yù)分頻器(TIMx_PSC)TIMx_PSC的結(jié)構(gòu)、偏移地址和復(fù)位值如圖5-15所示，對(duì)部分位的解釋說明如表5-7所示。8.自動(dòng)重裝載寄存器(TIMx_ARR)TIMx_ARR的結(jié)構(gòu)、偏移地址和復(fù)位值如圖5-16所示，對(duì)部分位的解釋說明如表5-8所示。通用定時(shí)器部分固件庫函數(shù)1.TIM_TimeBaselnit2.TIM_Cmd3.TIMITConfig4.TIM_ClearlTPendingBit5.TIM_GetITStatus6.TIM_SelectOutputTrigger實(shí)驗(yàn)原理RCC部分寄存器本實(shí)驗(yàn)涉及的RCC寄存器只有APB1外設(shè)時(shí)鐘使能寄存器(RCC_APBIENR),RCC_APB1ENR的結(jié)構(gòu)、偏移地址和復(fù)位值如圖5-17所示，對(duì)部分位的解釋說明如表5-16所示。實(shí)驗(yàn)原理RCC部分固件庫函數(shù)

本實(shí)驗(yàn)涉及的RCC固件庫函數(shù)只有RCC_APB1PeriphClockCmd,該函數(shù)的功能是打開或關(guān)閉APB1外設(shè)時(shí)鐘，通過向RCC→APB1ENR寫入?yún)?shù)來實(shí)現(xiàn)。具體描述如表5-17所示。實(shí)驗(yàn)原理PWM相關(guān)寄存器

1.捕獲/比較模式寄存器1(TIMxCCMR1)2.捕獲/比較使能寄存器(TIMx_CCER)3.捕獲/比較寄存器1(TIMx_CCR1)4.捕獲/比較寄存器2(TIMx_CCR2)實(shí)驗(yàn)原理PWM輸出實(shí)驗(yàn)相關(guān)的固件庫函數(shù)

1.TIM_OC2Init2.TIM_OC2Preloa