19-CubeMx+Keil+Proteus仿真STM32 - 直流电动机

本文例子参考《STM32单片机开发实例——基于Proteus虚拟仿真与HAL/LL库》
源代码：https://github.com/LanLinnet/STM32F103R6

项目要求

理解H桥电路的工作原理，结合前面几个项目学习过的PWM、EXTI、串口通讯等，要求通过5个按钮控制直流电动机的运行状态，包括：电动机正转、电动机反转、电动机停止、电动机加速和电动机减速，其中电动机加速/减速以10%的PWM信号宽度占空比为递增/递减量。

硬件设计

  1. 在第一节的基础上，在Proteus中添加电路如下图所示。其中我们添加了一个直流电动机H桥芯片L298，一个直流电动机MOTOR-DC。

    此外，我们还添加了一个虚拟仪表：虚拟终端VIRTUAL TERMINAL，将其波特率设置为19200bits/s。

  2. 直流电动机和H桥电路：直流电动机是一种常见的动力源，很多情况下需要用直流电动机带动执行机构做各种复杂动作。直流电动机与H桥电路如下图所示。

    • 当开关A、D闭合时，电动机左侧接通驱动电源正极，右侧接通驱动电源负极，直流电动机正转；
    • 当开关B、C闭合时，电动机左侧接通驱动电源负极，右侧接通驱动电源正极，直流电动机反转；
    • 当只有开关A、C闭合或只有开关B、D闭合时，电动机左、右侧短路，直流电动机能耗制动，对于某些大功率直流电动机，还需要在短路回路中串联制动电阻，防止能耗制动过程中电流过大。

  3. 双H桥芯片L298：
    1）简介：L298是意法半导体公司出品的双H桥芯片，片内集成2个独立的H桥，可同时驱动2个最大电压为46V、最大电流为2A的直流电动机。
    2）引脚：L298控制信号为5VTTL电平，驱动电压为5-46V，故在使用STM32控制时应当选用具备“FT”特性的GPIO引脚，并将引脚设为开漏输出模式，同时外接上拉电阻到5V电源正极。控制电路由VSS供电，驱动电路由VS供电，芯片引脚和常用电路如下图所示。

    • ENx：H桥A/B的使能引脚，高电平有效，往往与PWM信号相连，用于调节H桥A/B控制的直流电动机转速。
    • ISENx：H桥A/B的驱动检测引脚，用于进行过流检测，并将检测结果反馈给控制器以形成闭环控制，一般不用，可直接接地。
    • IN1-IN4：方向控制信号输入端，其中IN1、IN2控制H桥A，其中IN3、IN4控制H桥B，具体如下表所示。
    • OUT1-OUT4：2个H桥的输出端，用来连接2个直流电动机，其中OUT1、OUT2用来连接Motor1，OUT3、OUT4用来连接Motor2。
    • D1-D8：8个整流二极管，由于直流电动机为感性负载，为了避免L298在电动机转换方向时受到反向电流的冲击，加入整流二极管进行泄流。

  4. 打开CubeMX，建立工程。这一项目有很多设置都与前面涉及的项目相似，若不熟悉可以进行回顾。

    • 首先，设置具有“FT”功能的GPIO管脚PC8和PC9为GPIO_Output，设置GPIO mode为开漏输出模式Output Open Drain，GPIO Pull-up/Pull-down为不需要内部上拉和下拉电阻No pull-up and no pull-down，因为已经在电路中通过外部电阻上拉到+5V。
    • 随后，设置PWM，可参考链接PWM，配置如下图所示。
    • 然后，设置串口，可参考链接串口通讯，配置如下图所示。
    • 最后，设置外部中断，并将NVIC中的中断使能都勾选上，可参考链接EXTI，配置如下图所示。

  5. 点击“Generator Code”生成Keil工程。

软件编写

点击“Open Project”在Keil中打开工程，打开“main.c”，添加代码如下。

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"		//引入标准输入输出库头文件
/* USER CODE END Includes */

/* USER CODE BEGIN PV */
uint16_t cmpv = 80;		//捕获比较值，即CRR2的设定值
uint8_t rf = 0;		//中断标志位
/* USER CODE END PV */

/* USER CODE BEGIN 1 */
char str[4];		//用于存放CRR2值转换的字符串
/* USER CODE END 1 */

/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_2);		//定时器3运行并在通道2输出PWM函数
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2, cmpv);		//给定时器3设定通道2的捕获比较寄存器值（CRR2）
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_RESET);		
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_RESET);
/* USER CODE END 2 */

/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
  if(rf == 1)
  {
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&"PWM:", 4, 4);		//串口发送字符串（PWM比较寄存器值，值越大转速越快）
    sprintf(str, "%d", cmpv);
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)str, 3, 3);
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&"\n\r", 2, 2);
    rf = 0;		//标志位清零
  }
/* USER CODE END WHILE */

/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */

/* USER CODE BEGIN 4 */
//外部中断回调函数
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
  if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_0)		//正转按钮
  {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_RESET);
    rf = 1;
  }
  else if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_1)		//反转按钮
  {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_SET);
    rf = 1;
  }
  else if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_2)		//停止按钮
  {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_RESET);
  }
  else if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_3)		//加速按钮（增加PWM信号波形占空比）
  {
    if(cmpv<100) cmpv+=10;
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2, cmpv);		//给定时器3设定通道2的捕获比较寄存器值（CRR2）
    rf = 1;
  }
  else if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_4)		//减速按钮（减小PWM信号波形占空比）
  {
    if(cmpv>0) cmpv-=10;
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2, cmpv);		//给定时器3设定通道2的捕获比较寄存器值（CRR2）
    rf = 1;
  }
}
/* USER CODE END 4 */

联合调试

  1. 点击运行，生成HEX文件。
  2. 在Proteus中加载相应HEX文件，点击运行。按下不同的按键，可以看到电动机转速的变化，并且在虚拟终端中可以看到PWM占空比的设定值。
posted @ 2022-06-01 13:42  Sheepeach  阅读(4330)  评论(8)  编辑  收藏  举报