STM32通過PWM控制電機速度

做STM32智能小車的實驗中會用到定時器PWM輸出，來改變直流電機的轉速。分享本文了解如何通過PWM實現對電機速度的控制。

PWM控制電機速度的基本原理

PWM(Pulse Width Modulation)，也就是脈沖寬度調制。

PWM中有一個比較重要的概念，占空比：是一個脈沖周期內有效電平在整個周期所占的比例。

為了實現IO口上電壓的持續性變化，可以調節PWM的占空比。這也能夠使外設的功率進行持續性變化，最終控制直流電機轉速的快慢。如何調節PWM波形的輸出就是重點。

上圖中的ARR是我們給定時器的一個預裝載值，CCRx的上下變化是產生PWM波的關鍵。我們假設ARR大于CCRx的部分輸出為高電平（即t1-t2、t3-t4、t5-t6），ARR小于CCRx的部分輸出為低電平（即0-t1、t2-t3、t4-t5），則改變CCRx的值就能改變輸出PWM的占空比。因此，想要控制PWM的輸出波形，重要的就是如何設置ARR與CCRx這兩個寄存器的值了。

STM32定時器中斷

為了便于理解接下來關于PWM應用的內容，先插一段定時器中斷的知識。

產生定時中斷是定時器的用法之一，與定時器用來進行PWM輸出和輸入捕獲相比，定時器中斷更容易理解、掌握。

原理簡介

使用通用定時器進行中斷的原理，其實和開發板Systick定時器進行中斷延時很相似（Stm32入門——Systick定時器），即：用psc(預分頻系數)設置好定時器時鐘后，arr（預裝載值）在每個時鐘周期內減1，當arr減為0時觸發中斷然后進入中斷處理程序進行中斷處理。以下代碼為例：

解釋一下上面這行代碼，由于定時器3（TIM3）是掛在APB1上的外設，所以要打開APB1，這里的預分頻器值psc是來設置TIM3的時鐘頻率的，如果系統時鐘（SYSTICK）頻率為72MHz、psc為7199，則TIM3的時鐘頻率就為：

10KHz是什 么意思呢？就是一秒鐘會產生10K個周期，那么一個周期的時間長度就是1/10KHz，如果你想將定時器中斷的時間間隔設置為0.5秒，那么你將arr設置為5000即可，因為arr每減1就需要一個周期的時間，減5000次就經過了5000*（1/10KHz）=0.5秒。

再解釋下上面這一行，設置允許更新中斷，即arr減到0以后可以觸發更新中斷，還有其他類型的中斷。

看上面這行代碼，中斷優先級有搶占優先級和響應（即子優先級）優先級兩種，搶占優先級即：若程序1正在使用CPU，這時如果程序2要求使用CPU，并且程序2的搶占優先級高，則CPU被程序2搶占；若兩者搶占優先級相同，則就算程序2的響應優先級高于程序1，CPU也不能被搶占；若程序1正在使用CPU，程序2和程序3的搶占優先級等于或低于程序1，且程序2的響應優先級高于程序三，則待CPU空出后，程序2先運行，程序3最后運行。TIM3_IRQn是指定將要運行的中斷處理程序號?！敖M2”是設置中斷優先級分組的，這是因為寄存器提供了四位來設置優先級，組2代表的是前兩位給搶占優先級，后兩位給響應優先級。

PWM模式、有效電平

前面介紹完中斷，再說一下PWM工作原理。

假設上圖中ARR大于CCRx時輸出為高電平，ARR小于CCRx時輸出為低電平，但在實際運用中可能并非如此，有可能是相反的情況——ARR大于CCRx時輸出為低電平，ARR小于CCRx時輸出為高電平，至于到底是哪種情況，還要看PWM是哪種模式、有效電平又設置的是何種極性了。

模式1：ARR小于CCRx時輸出為“有效”電平，ARR大于CCRx時輸出為“無效”電平。

模式2：ARR小于CCRx時輸出為“無效”電平，ARR大于CCRx時輸出為“有效”電平。

這里說的是“有效”和“無效”，而不是“高”和“低”，也就是說有效電平可高可低，并非一定就是高電平。PWM模式、效電平極性，需要程序員自己配置相關的寄存器來實現。通過下面的代碼來講解。

上一小節講過關于定時器參數的設置。使用定時器1的通道1來輸出一路PWM波，這里的899設置的就是ARR的值，至于那個0是用來設置TIM1的頻率的，不分頻就代表TIM1的時鐘頻率和系統時鐘相同，這里假設為72MHz。

下文具體分析上面的代碼。

前面4-6行是用來配置GPIO口的。

這兩行就是我上門提到的設置定時器的頻率和重裝載值。

這三行是用來設置PWM輸出模式和設置通道的，通道是什么呢？簡單地講就是輸出PWM波的GPIO口，代碼一開始不是設置了PA8這個GPIO口嘛，這個PA8就是通道1。使用通道的話要先進行輸入輸出方向、通道使能的設置。

這行代碼是用來設置“有效電平”極性的，根據手冊，當TIM1->CCER[1]這位置1時，有效電平為低電平，置0時有效電平為高電平，而默認情況下置0。

這行代碼只要對高級定時器進行設置，普通定時器無需設置。

這行代碼是用來使能ARPE，ARPE是什么呢，就是當它被置1時，你自己設置的CCRx會立即生效，如果它被置為0，那么你自己設置的CCRx值不會立即生效（可能之前ARPE已經有值了），而是當之前設置的CCRx生效后才會使用你最新設置的CCRx值。

上面的代碼里沒有對CCRx進行設置，這是因為CCRx常常是一個變化的值，你可以在主函數中用一個for循環+if判斷語句對它進行++或–的操作，從而達到連續改變CCRx值得目的，例如：

PWM波的周期是由定時器時鐘頻率和預裝載值兩者決定的，預裝載值就是ARR。

預裝載值PSC設置為899，那么，當定時器的當前值val從0增加到899時，一共經過了900個時鐘周期，這900個時鐘周期會產生一個PWM波形，也就是說900個定時器時鐘周期才相當于一個PWM周期，那么PWM的頻率就為72MHz/900=80KHz，周期為1/80KHz。

審核編輯：湯梓紅