STM32 TB6612驱动的直流有刷减速电机

电机的基本认识

这里呢，平衡小车最常用到的是直流编码有刷电机，直流的意思是使用直流电，给引脚通的是恒定电流；编码指的是电机自带编码盘，上面有两个相位正交的编码器，可以利用四倍频技术实现对电机位置和转速的精确追踪；有刷指的是电机内部自带换向器，电机转子每旋转180度，线圈中的电流即自动换向，不需要软件或者硬件驱动的控制。

这种电机通常有6个引脚：电源引脚：5V、GND，PWM输入引脚：IN1、IN2，编码器输出引脚：OUT1、OUT2。

PCB走线时要注意只有编码器引脚是信号线，可以走细一些，其他线建议走粗一些（30mil以上）。

电机驱动：TB6612

由于STM32的引脚只能提供3.3V电压，且功率输出能力很弱，因此需要功率放大器件对电机进行控制，并且为了保持控制的实时性，以及精准性，需要高速的功率控制器件，这就需要一款专用的电机驱动芯片。

这里使用体积较小，同时有较大驱动能力的TB6612驱动芯片，可以同时驱动两路电机，利用其内部的高速H桥，向电机输出PWM波，控制其正传，反转，制动，自由转动（不加动力也不加阻尼力），以及转速的调节。

驱动芯片除了电源引脚以及使能引脚之外，还有各两组，两种功能的引脚：

来自MCU的3个引脚：1个PWM输入引脚，用于控制转速，2个控制引脚，用于控制正反，制动，空挡（不施加力）。

输出给电机的2个引脚：OUT1，OUT2，通过输出PWM波控制电机的全部功能，搭载较大电流。

驱动编写

通过对电机以及电机驱动的功能分析，我们知道了控制1个电机，需要3个引脚，1个输出PWM波用于控制速度，2个高速推挽输出，通过切换高低电平，即可实现对电机的驱动状态控制。

平衡车有2个电机需要控制，因此用于驱动电机的引脚有6个，2个是定时器的PWM功能映射的引脚。

这里我为了节省定时器资源，使用一个定时器TIM1，该定时器的1、4通道（分别对应PA8，PA11引脚），来输出两路频率相同，但是占空比互不影响，独立可调的PWM信号，然后另外找4个普通IO口，用于对电机状态进行控制。

电机驱动

MOTOR.h

#ifndef __MOTOR_H

#define __MOTOR_H

#include //包含引脚转换的宏函数，便于编写代码

#define PWMA   TIM1->CCR1  //用于控制A电机的PWM占空比调节

#define AIN2   PBout(15)

#define AIN1   PBout(14)

#define PWMB   TIM1->CCR4  //用于控制B电机的PWM占空比调节

#define BIN1   PBout(13)

#define BIN2   PBout(12)

void MiniBalance_PWM_Init(u16 arr,u16 psc);

void MiniBalance_Motor_Init(void);

#endif

这里干了几件事：

电机控制引脚宏定义

PWM占空比改变宏定义

两个初始化函数宏定义

MOTOR.c

首先是对4个控制引脚的初始化，高速下拉推挽输出：

#include "MOTOR.h"

TIM_HandleTypeDef TIM1_Handler = {0};   //定时器1句柄 

TIM_OC_InitTypeDef TIM1_CH14Handler = {0}; //定时器1通道14句柄

void MiniBalance_Motor_Init(void) //完成4个控制引脚的初始化

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure = {0}; //声明初始化结构体

__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); //开启GPIOB时钟

GPIO_Initure.Pin = GPIO_PIN_12|GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15; //端口配置

GPIO_Initure.Pull = GPIO_NOPULL;

GPIO_Initure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;   //推挽输出

GPIO_Initure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; //50M

HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_Initure);   //根据设定参数初始化GPIOB 

}

然后是对PWM外设的初始化，这里用定时器1的1、4通道，映射到PA8和PA11两个引脚用来控制两个电机的转速：

//TIM1 PWM初始化 

//arr：自动重装值。

//psc：时钟预分频数

//定时器溢出时间计算方法:Tout=((arr+1)*(psc+1))/Ft us.

//Ft=定时器工作频率,单位:Mhz

void MiniBalance_PWM_Init(u16 arr,u16 psc) //完成两个PWM输出引脚的初始化

{

TIM1_Handler.Instance=TIM1; //定时器1

TIM1_Handler.Init.Prescaler=psc; //定时器分频

TIM1_Handler.Init.CounterMode=TIM_COUNTERMODE_UP; //向上计数模式

TIM1_Handler.Init.Period=arr; //自动重装载值

TIM1_Handler.Init.ClockDivision=TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;

HAL_TIM_PWM_Init(&TIM1_Handler);   //初始化PWM

TIM1_CH14Handler.OCMode=TIM_OCMODE_PWM1; //模式选择PWM1

TIM1_CH14Handler.Pulse= 0; //设置比较值,初始占空比设为0

TIM1_CH14Handler.OCPolarity=TIM_OCPOLARITY_HIGH; //输出极性 高电平有效 

HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&TIM1_Handler,&TIM1_CH14Handler,TIM_CHANNEL_1);//初始化TIM1，PWM通道1、4

HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&TIM1_Handler,&TIM1_CH14Handler,TIM_CHANNEL_4);//初始化TIM1，PWM通道1、4

HAL_TIM_PWM_Start(&TIM1_Handler,TIM_CHANNEL_1); //开启PWM通道1、4

HAL_TIM_PWM_Start(&TIM1_Handler,TIM_CHANNEL_4); //开启PWM通道1、4

}

在HAL_TIM_PWM_Init()中会调用端口初始化MSP函数，需要用户重定义覆盖HAL库的若定义函数：

//定时器底层驱动，时钟使能，引脚配置

//此函数会被HAL_TIM_PWM_Init()调用

//htim:定时器句柄

void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;

    if(htim->Instance==TIM1)

{

__HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE(); //使能TIM1时钟

__HAL_AFIO_REMAP_TIM1_PARTIAL(); //TIM1通道引脚部分重映射使能

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); //开启GPIOA时钟

GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_11;            //PA8 PA11

GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP;  //复用推挽输出,用于输出PWM

GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLDOWN;          //下拉

GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;//高速

HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);

}

}

然后是中断服务函数，等等，我们设置了自动重装填，不需要中断控制，OK结束。

如何使用电机：实践

控制集成封装

这里集成了控制小车所需的代码，现在只添加电机控制这一模块

CONTROL.h

#ifndef __CONTROL_H

#define __CONTROL_H

#include "sys.h"

void Set_Pwm(int moto1,int moto2);

int myabs(int a); //绝对值函数

#endif

两个函数，核心是第一个，设置PWM的重装填阈值，相当于控制了占空比，这样就实现了调速的功能。

CONTROL.c

#include "CONTROL.h"

/**************************************************************************

函数功能：赋值给PWM寄存器

入口参数：左轮PWM、右轮PWM

返回  值：无

**************************************************************************/

void Set_Pwm(int moto1,int moto2)

{

   int siqu=500;//死区补偿,防止数值过小无法驱动

if(moto1<0) BIN2=0, BIN1=1; //正转

else           BIN2=1, BIN1=0; //反转

PWMB=myabs(moto1)+siqu;

  if(moto2<0) AIN1=0, AIN2=1; //正转

else        AIN1=1, AIN2=0; //反转

PWMA=myabs(moto2)+siqu;

}

/**************************************************************************

函数功能：绝对值函数

入口参数：int

返回  值：unsigned int

**************************************************************************/

int myabs(int a)

{    

  int temp;

if(a<0)  temp=-a;  

  else temp=a;

  return temp;

}

上面这个是实现功能的函数，Set_pwm函数是根据TB6612电机驱动芯片的真值表来计算的，通过直接访问TIM1的CCR寄存器，注意考虑两个电机的中心对称分布，所以写的时候将一个反向，实现输入两个正数，两个电机的转动都使小车向前走即可。

mian函数：

//头文件略去

int main(void)

{

HAL_Init();

Stm32_Clock_Init(RCC_CFGR_PLLMULL9);

JTAG_Set(SWD_ENABLE);

//uart_init(115200);

delay_init(72);

KEY_Init();

MiniBalance_Motor_Init();

MiniBalance_PWM_Init(7199,0);   //PWM输出，溢出值7200，不分频，10KHz频率，100um周期

while(1)

{

Set_Pwm(3000, 3000);

delay_ms(1000);

Set_Pwm(-3000, -3000);

delay_ms(1000);

}

}

这里放了一个最简单的一秒正转，一秒反转，因为还没有研究PID的原理，后面会结合MPU6050触发中断来进行数据处理，反馈给电机，来进行最基本的控制。网上找不到HAL库的历程，就搞来FW3.5标准库来研究，慢慢摸索终于把这电机弄转起来了，实现了多轮运动嘿嘿。