Stm32的GPIO驱动直流电机

超、凢脫俗 2022-11-17 03:38 324阅读 0赞

直流电动机在不同的电压值下有不同的转速。那么怎么才能让输出电压发生变化呢？这就需要用到PWM。我们常用的PWM一共有两种，第一种是用硬件实现的，第二种是用软件实现。下面分别进行说明：

硬件PWM (图片取自https://zhidao.baidu.com/question/23923308.html)：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdlaWwwMDc_size_16_color_FFFFFF_t_70]

4个接线柱分别对应外接电源的正负极，电动机的正负极。工作原理就是通过旋钮调节电位器 (滑动变阻器)，控制输出电压，输出电压高，电动机转的快；输出电压低，电动机转的慢。这种硬件PWM调速器有很大一部分能量被电阻消耗掉了。现在也有能量转化效率很高的硬件PWM调速器。但不管怎么说，硬件PWM调速器都需要人工调整PWM的输出。这一点对于计算机软件控制来说是不利的。

软件PWM

如果把一段非常短的时间分成100份，然后50%的时间输出5V，50%的时间输出0V。则外界看来就是输出2.5V电压。如果80%的时间输出5V，20%的时间输出0V。则外界看来就是输出4.0V电压。输出电压的公式如下：

Vout = (V1 \* n + V0 \* (100 - n)) / 100。  
其中n是输出高电平的份数；V1是高电平的电压，V0是低电平的电压。

通过软件控制高电平和低电平的输出比例，实现输出电压的变化，这就是软件PWM。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdlaWwwMDc_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

单片机GPIO口的输出电流很小，无法驱动直流电动机。如果想用GPIO口控制直流电动机，我们需要用三极管放大电流，或者用达林顿管。达林顿管就是把两个三极管连接起来，它的放大倍数就是两个三极管的乘积。  
电路图如下：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdlaWwwMDc_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
直流电动机的核心是一个线圈，相当于一个电感。如果三极管突然停止给电动机供电，电感中的电流不会发生突变，因此会对三极管产生反向电压，可能会损伤三极管。因此需要加一个二极管，用来保护三极管。

代码如下(未验证)：

//PWM。在[0, n)之间，三极管输出高电压；[n, 100)之间，三极管输出低电压
    void PWM(int n)
    {
        
    	int i;
    	
    	for(i = 0; i < 100; i++)
    	{
        
    		if(i < n)
    		{
        
    			GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_15);//输出低电平，经过三极管之后输出高电平		
    		}
    		else
    		{
        
    			GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_15); //输出高电平，经过三极管之后输出低电平 	
    		}
    		Delay_us(50);//暂停50微秒 
    	}
    }

软件PWM有以下几点好处：  
1、不需要专门的PWM模块，只需要用很少的几个电子元件即可实现。  
2、方便软件进行远程控制。  
3、能量转化效率高。

缺点：  
1、不像硬件PWM调速器一样方便手动控制；  
2、软件PWM虽然只占用一个GPIO端口，但为了实现稳定输出，可能要长时间占用单片机的运行时间。可能会影响其它端口的工作。所以可能需要为其单独配置一个单片机系统。

总结：  
如果不需要远程控制，则推荐使用硬件PWM调速器控制电动机的转速，这也是目前绝大部分机器采用的方式。如果需要远程控制，则推荐使用软件PWM方式。目前尚未找到用软件方式控制硬件PWM调速器的方法，或者实现起来非常麻烦。因此，软件PWM和硬件PWM只能二选一。

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