一、硬件設計

1.直流減速電機
??直流減速電機，即齒輪減速電機，是在普通直流電機的基礎上，加上配套齒輪減速箱。齒輪減速箱的作用是，提供較低的轉(zhuǎn)速，較大的力矩。
??簡單的來說，STM32分配兩個IO口給一個直流減速電機，并給予高低電平，來使得電機進行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

我用的電機為GM25-370直流減速電機（帶霍爾編碼器），工作電壓：6-24VDC，額定電壓12V，額定電流0.65A，空載轉(zhuǎn)速350RPM，額定功率5W，最大精度，1496CPR，配備 CPR霍爾AB兩相編碼器，減速后輸出單圈374個正交脈沖。

2.TB6612FNG電機驅(qū)動芯片

????????要實現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向與前進后退控制，我們可以使用STM32實現(xiàn)，但是STM32的IO口帶負載能力較弱，而直流電機是大電流感性負載，所以我們需要功率放大器件，在這里，我選擇使用TB6612FNG這款電機驅(qū)動芯片。
??TB6612FNG 是東芝半導體公司生產(chǎn)的一款直流電機驅(qū)動器件，它具有大電流MOSFET-H 橋結構，雙通道電路輸出，可同時驅(qū)動 2 個電機。相比于 L298N的熱耗性和外圍二極管續(xù)流電路，TB6612FNG無需外加散熱片，外圍電路簡單，只需外接電源濾波電容就可以直接驅(qū)動電機，利于減小系統(tǒng)尺寸。對于PWM信號輸入頻率范圍，我采用10KHz的頻率，并通過改變占空比調(diào)節(jié)電機的速度。

平衡小車中使用到的引腳：
??電機1——PB12/PB13
??電機2——PB14/PB15
??PWM1——PA8
??PWM2——PA11

?

3.H橋驅(qū)動電路

????????上面說到TB6612FNG 具有大電流MOSFET-H橋結構，那么很多小伙伴想問：什么是H橋結構呢？我以下面兩張圖舉例，幫助大家簡單化理解H橋電路結構。
注：圖中的電路Q1,Q2,Q3,Q4為三極管，而TB6612內(nèi)部集成的是四個MOSFET，我以下圖舉例，大家不可把下圖看做是TB6612內(nèi)部電路，其內(nèi)部電路可查看TB6612的參考手冊。
?

① 當Q1,Q4導通，Q2,Q3關斷時，電流從Q1,從電機正極通過電機負極，再從Q4流出，完成一條回路，電機Motor正轉(zhuǎn)。

?① 當Q2,Q3導通，Q1,Q4關斷時，電流從Q3,從電機負極通過電機正極，再從Q2流出，完成一條回路，電機Motor反轉(zhuǎn)。

二、軟件編程

1.電機驅(qū)動函數(shù)——motor.c
1）電機GPIO初始化函數(shù)
?入口參數(shù)：無

• 初始化GPIO–PB12、PB13、PB14、PB15為推挽輸出

void Motor_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);// 開啟時鐘GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;// 初始化GPIO--PB12、PB13、PB14、PB15為推挽輸出GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_12 | GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);	
}

2）限幅函數(shù)
?入口參數(shù)：電機A脈沖個數(shù)，電機B脈沖個數(shù)

• 限制電機的脈沖個數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)，有個最值，即自動重裝載值（我設置的是PWM_MAX = 7200，PWM_MIN = -7200）

void Limit(int *motoA,int *motoB)
{if(*motoA>PWM_MAX)*motoA=PWM_MAX;if(*motoA<PWM_MIN)*motoA=PWM_MIN;if(*motoB>PWM_MAX)*motoB=PWM_MAX;if(*motoB<PWM_MIN)*motoB=PWM_MIN;
}

?3）絕對值函數(shù)（非常通用，建議保存!!）
?入口參數(shù)：常規(guī)變量

• 通過與0比較，大于0則返回不變的值，小于0則返回相反的值。

int abs(int p)
{int q;q=p>0?p:(-p);return q;
}

4）賦值函數(shù)
?入口參數(shù)：電機A脈沖個數(shù)，電機B脈沖個數(shù)

• 入口參數(shù)即為PID運算完成后的最終PWM值（后續(xù)會講解PID算法的實現(xiàn)）

void Load(int moto1,int moto2)
{//1.研究正負號，對應正反轉(zhuǎn)if(moto1>0)	Ain1=1,Ain2=0;//正轉(zhuǎn)else 				Ain1=0,Ain2=1;//反轉(zhuǎn)//2.研究PWM值TIM_SetCompare1(TIM1,abs(moto1));//1.研究正負號，對應正反轉(zhuǎn)if(moto2>0)Bin1=1,Bin2=0;else 				Bin1=0,Bin2=1;	//2.研究PWM值TIM_SetCompare4(TIM1,abs(moto2));
}

2.電機驅(qū)動函數(shù)頭文件——motor.h

#ifndef  _MOTOR_H
#define  _MOTOR_H#include "sys.h" #define Ain1  PBout(14)
#define Ain2  PBout(15)#define Bin1  PBout(13)
#define Bin2  PBout(12)void Motor_Init(void);
void Limit(int *motoA,int *motoB);
int abs(int p);
void Load(int moto1,int moto2);
#endif

3.PWM函數(shù)——pwm.c

1. 定時器初始化函數(shù)
?入口參數(shù)：預分頻值，自動重裝載值

• PA8,PA11復用推挽輸出
• 對應定時器1通道1和通道4
• 開啟MOE主輸出使能（高級定時器特有!!!）

void PWM_Init_TIM1(u16 Psc,u16 Per)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_TIM1 | RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);//開啟時鐘GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;        // 初始化GPIO--PA8、PA11為復用推挽輸出GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_11;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseInitStruct);  // 初始化定時器。TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period=Per;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler=Psc;TIM_TimeBaseInit(TIM1,&TIM_TimeBaseInitStruct);   // TIM1TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;      // 初始化輸出比較TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse=0;TIM_OC1Init(TIM1,&TIM_OCInitStruct);TIM_OC4Init(TIM1,&TIM_OCInitStruct);TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);// 高級定時器專屬!!!--MOE主輸出使能TIM_OC1PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);// OC1預裝載寄存器使能TIM_OC4PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);// OC4預裝載寄存器使能TIM_ARRPreloadConfig(TIM1,ENABLE);// TIM1在ARR上預裝載寄存器使能TIM_Cmd(TIM1,ENABLE);           // 開定時器。
}

4.PWM函數(shù)頭文件——pwm.h

#ifndef  _PWM_H
#define  _PWM_H#include "sys.h" void PWM_Init_TIM1(u16 Psc,u16 Per);
#endif

以上就是平衡小車系列文章第二講——電機驅(qū)動，包括硬件結構講解和STM32軟件編程的講解，文章中出現(xiàn)錯誤或者小伙伴對以上內(nèi)容有所疑問，歡迎大家在評論區(qū)留言，小政看到后會盡快回復大家！