【一】工程配置与电机控制part1
前言
关于电机的选择。
学校发的无刷电机：
我们准备的有刷电机：
带霍尔编码器！
电机参数：
名称：驰名电机（直流减速电机）型号：JGA25-370
电压：12V
转数：1360r/min
既然做云台，那么核心是PID控制。PID以后再讲。本期先讲电机的部分内容。
无刷or有刷？
无刷电机需要foc控制与SVPWM调制，算法较为繁琐。捣鼓期间也遇到不少bug，故舍弃无刷电机，选择有刷电机。为啥？代码简单呗！
（补充：若无刷电机用PWM而不是SVPWM，则会很烫很烫，烧起来也说不定~）
一、硬件准备
- stm32F401/411开发版（SAST）
- J-LINK/ST-LINK下载器
- 直流有刷电机JGA25-370（带编码器）
- 电机驱动板L298N/TB6612
- 12V锂电池
二、工程配置
新建stm32工程，这里采用的是cubmx+keil5方式。（不会还用人用标准库吧:-)）
我用的是F411。
1、尝龟配置
使用外部高速晶振、Debug选Serial Wire。（我用的是J-LINK下载器）时钟树开HCLK为100MHz。（F411最大HCLK）
2、设置PWM输出
TIM5设置为内部时钟—CH3—PWM Generation。命名为PWM。
一般而言，给电机的PWM波大约2kHz。
配置HCLK=100MHz（F411最大HCLK），PSC=50-1，ARR=1000-1。
由频率计算公式可得：
其余默认配置即可。
（注：因为是PWM输出，所以没必要使能NVIC中断）
3、设置两个IO口输出
用于控制电机转动方向，命名为DIR1和DIR2。
设置PA3—Output与PA4—Output。其余默认配置即可。
4、设置编码器模式
关于编码器模式，很多人可能不李姐。详细的会在以后的文章里写。这里先粗略写一下。
电机工作时，通过霍尔编码器输出AB相脉冲，单片机读取脉冲数以得到转速与角度等信息，我们还要对采集到的数据进行处理。而stm32定时器正好有个编码器模式，我们只需读取定时器计数值就能知道脉冲数为多少。
TIM2—Combined Channels—Encoder Mode
下面的都不用设置。
把图中的三个（TIM2_CH1和TIM2_CH2和PWM）Signal Pinning一下。
5、设置中断
打开一个定时器更新中断，在这个中断里我们处理编码器的数据以得到转速、角度等信息，并进行PID控制。
TIM4设置为内部时钟即可。
配置HCLK=100MHz（F411最大HCLK），PSC=1000-1，ARR=1000-1。
中断一般为100Hz。
别忘了在NVIC Settings使能中断。
6、打开一个串口
用于调试。
尝龟设置，设置设置MODE为异步通信(Asynchronous)。其余的默认即可。（波特率为115200）
别忘了在keil里写串口重定向。
7、生成keil工程
尝龟配置。
设置工程名称、路径（不要有中午路径），
配置IDE为MDK-ARM。代码生成配置勾选图中红框处。
点击GENERATE CODE生成工程！
8、keil配置
打开工程配置，勾选“use MicroLIB”，Debug选择J-LINK，并在Settings-Flash-Download勾选“Reset and Run”，然后编译一次。
接下来加上串口重定向：
先包含头文件#include<stdio.h>，在/* USER CODE BEGIN 4 // USER CODE END 4 */之间添加以下代码：
int fputc(int ch, FILE *f)
{
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
return ch;
}
int fgetc(FILE *f)
{
uint8_t ch = 0;
HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
return ch;
}
工程基本配置ok！
三、驱动板L298N/TB6612
电机驱动需要驱动板，直接用单片机驱动是不行的。我们比赛时用的是L298N。
1、L298N
L298N驱动模块，可以驱动2个直流电机，可分别实现正转，反转功能。
供电：L298N的12V和5V都接5V供电,GND不但要接驱动电源的GND。这里要和单片机连接在一起，要从这里再引出一根GND和单片机的GND相连（共地）。
OUT1、OUT2和OUT3、OUT4分别接两个直流电机Motor1两脚、Motor2两脚，IN1、IN2、IN3、IN4引脚从单片机接入控制电平，控制电机的正反转，ENA、ENB接控制使能端，控制电机调速，L298N控制逻辑关系图如下：
对于ENA通道使能引脚，若不考虑电机的转速，可接为高电平或低电平控制接通还是关断。
若需要控制电机的转速，则需要拔掉跳线帽，将其连接在单片机PWM输出上，通过调节PWM的占空比，以此来达到控制转速的目的。
转速控制原理：利用STM32 的IO输出不同占空比的脉冲信号来达到调速的过程，当占空比大的时候就表明在一个脉冲周期内高电平的时间越长，而脉冲信号输出频率极快，高电平的时间越长就表明在一段时间内IO口输出的控制电压越高，控制电压越高使得L298N输出的电压越高，这样就使得车轮的转速越快。
接线：
这里我们因为只要一个电机转，故OUT3、OUT4接电机的两脚，IN3、IN4分别接PA3、PA4控制转动方向，ENB接PA2输出PWM，12V供电脚和GND接12V锂电池，GND和单片机共地。
2、TB6612
原理、接线类似于L298N。此处不再赘述。
接下来是代码部分。
首先我们让电机转起来！
四、PWM控制
先写定时器PWM输出启动函数：
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_PWM_Start(&htim5, TIM_CHANNEL_3);
/* USER CODE END 2 */
然后写一个PWM调制函数void set_pwm(int pwm);
int型变量pwm的范围应在-100~100之间（ARR设定的值为100），将它赋值给CRR（通过调节CRR的值来调节PWM波占空比，进而实现转速控制）。pwm的正负表示转动方向，分别使PA3和PA4输出不同电平来控制方向（见逻辑表）。
/* USER CODE BEGIN 4 */
void set_pwm(int pwm)
{
//限定pwm范围
if(pwm > 1000)pwm = 1000;
if(pwm < -1000)pwm = -1000;
//转速控制
if(pwm < 0)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, 1);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, 0);
}
if(pwm > 0)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, 0);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, 1);
}
//写CRR的值调节占空比
TIM5->CCR3 = (int)fabs((float)pwm); //记得#include<math.h>
}
/* USER CODE END 4 */
比如，输出一个占空比50%的PWM波控制电机正转：
set_pwm(500);
OK本期就到这里。往后还有电机控制part2、3，分别分享PID、编码器相关。还有MPU6050移植从入坑到入坟。
