一篇理解“PWM调制占空比技术”(源码)-北京尧图网络

一、简介PWM调制占空比技术是我们常用的一种用于调节输出信号平均功率的技术。它通过改变脉冲的宽度来控制输出到负载的能量而保持脉冲频率恒定或在一定范围内变化常见用于电机的输出功率控制音频处理控制等。二、原理假设一个方波周期高电平与低电平各占整个周期的一半我们就说占空比为50%在快速的脉冲开关我们就能够控制设备输出的模拟电压假设我们控制的设备输出是5V周期是20ms现在我们使用单片机定时器PWM模式把高电平占空比调制到25%也就是周期为20ms,周期内高电平时间为5ms周期内低电平时间为15ms高电平与周期的比值就是占空比 5/2025% 最终调制得到的设备输出电压为 5V * 25% 1.25V模拟输出电压。三、案例演示3.1 简介我们以控制电机输出电压为例当占空比100%也就是周期全是高电平时电机输出的速度是全速反之占空比越小速度则越慢因为输出控制电压设备输出电压*占空比。3.2 电机参数笔者使用手上的一款24直流减速电机带编码器理论满速为1400转/分钟左右编码反馈一圈11个信号减速比4.4。3.3 驱动器想要驱动此电机肯定是要借助驱动器的这里我们选择一个比较便宜的驱动器。四、代码示例按照驱动器说明我们搭建好电路即可编写代码注意上面的驱动器说明了频率范围我们需要按照范围来进行配置。4.1 定时器与编码器配置TIM_HandleTypeDef TIM_TimeBaseStructure; //定时器结构体声明 void Motor_TIM_Init(void); //声明函数 TIM_HandleTypeDef g_timx_chy_handle; /* 定时器x句柄 */ TIM_Encoder_InitTypeDef g_timx_encoder_chy_handle; /* 定时器编码器句柄 */ void Motor_BM_TIM_Init(void); /*NVIC中断向量控制器函数*/ static void TIMx_BM_NVIC_Configuration(void) { HAL_NVIC_SetPriority(TIM8_UP_TIM13_IRQn, 0, 1); HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM8_UP_TIM13_IRQn); } /*这是一个用于初始化GPIO的函数*/ void Motor_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //GPIO初始化结构体声明 MOTOR_TBPUL_CLK(); GPIO_InitStructure.Mode GPIO_MODE_AF_PP; //配置模式为复用推挽输出 GPIO_InitStructure.Speed GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH; //引脚速率 GPIO_InitStructure.Alternate MOTOR_PUL_GPIO_AF; //设置为复用 GPIO_InitStructure.Pull GPIO_PULLUP; //内部上拉 GPIO_InitStructure.Pin MOTOR_TBPUL_PIN; //配置脉冲引脚 HAL_GPIO_Init(MOTOR_TBPUL_PORT, GPIO_InitStructure); //初始化 Motor_TIM_Init(); //定时器初始化 Motor_BM_TIM_Init(); //编码器初始化 MOTOR_CHA_CLK(); //编码器反馈IO时钟 MOTOR_CHB_CLK(); //编码器反馈IO时钟 /*使能编码器复用通道引脚*/ GPIO_InitStructure.PinMOTOR_CHA_PIN|MOTOR_CHB_PIN; //配置反馈线 GPIO_InitStructure.ModeGPIO_MODE_AF_PP; //配置模式 GPIO_InitStructure.PullGPIO_NOPULL; //配置无上下拉 GPIO_InitStructure.AlternateMOTOR_CHB_GPIO_AF; GPIO_InitStructure.SpeedGPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH; //配置翻转速度 HAL_GPIO_Init(MOTOR_CHB_PORT, GPIO_InitStructure); //初始化结构体 } /*这是一个用于初始化PWM输出定时器的函数*/ void Motor_TIM_Init(void) { TIM_OC_InitTypeDef TIM_OCInitStructure; GENERAL_TIM_CLK_ENABLE(); //打开定时器时钟 TIM_TimeBaseStructure.InstanceGENERAL_TIM; //配置定时器号 TIM_TimeBaseStructure.Init.Period100-1; //ARR重装载值 TIM_TimeBaseStructure.Init.Prescaler180-1; //定时器分频器 1M TIM_TimeBaseStructure.Init.ClockDivisionTIM_CLOCKDIVISION_DIV1; //频率为1分频 TIM_TimeBaseStructure.Init.CounterModeTIM_COUNTERMODE_UP; //向上计数 HAL_TIM_PWM_Init(TIM_TimeBaseStructure); //初始化结构体 TIM_OCInitStructure.OCModeTIM_OCMODE_PWM1; //PWM模式配置这里为PWM1 TIM_OCInitStructure.Pulse0; //默认占空比为0 TIM_OCInitStructure.OCFastMode TIM_OCFAST_DISABLE; /*当定时器计数值小于CCR1_Val时为高电平*/ TIM_OCInitStructure.OCPolarity TIM_OCPOLARITY_HIGH; /*配置PWM通道*/ HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(TIM_TimeBaseStructure, TIM_OCInitStructure, MOTOR_PUL_CHANNEL_x); HAL_TIM_PWM_Start(TIM_TimeBaseStructure,MOTOR_PUL_CHANNEL_x); //开启PWM通道1 } /*这是一个用于初始化用于编码器定时器的函数*/ void Motor_BM_TIM_Init(void) __TIM8_CLK_ENABLE(); //打开定时器时钟 g_timx_chy_handle.InstanceTIM8; //定时器8 g_timx_chy_handle.Init.Prescaler0; //自动加一就是1分频 g_timx_chy_handle.Init.Period65535; //自动重装载值 g_timx_chy_handle.Init.ClockDivision TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; //不分频 g_timx_encoder_chy_handle.EncoderMode TIM_ENCODERMODE_TI12; /* TI1,TI2都检测 011 4倍频*/ g_timx_encoder_chy_handle.IC1Polarity TIM_ICPOLARITY_RISING; /* 边沿检测器设置非反向 */ g_timx_encoder_chy_handle.IC1Selection TIM_ICSELECTION_DIRECTTI; /* 通道1映射到IC1*/ g_timx_encoder_chy_handle.IC1Prescaler TIM_ICPSC_DIV1; /* 不分频 */ g_timx_encoder_chy_handle.IC1Filter 10; /* 滤波器设置 */ g_timx_encoder_chy_handle.IC2Polarity TIM_ICPOLARITY_RISING; /* 边沿检测器设置非反向 */ g_timx_encoder_chy_handle.IC2Selection TIM_ICSELECTION_DIRECTTI; /* 通道2映射到IC2 */ g_timx_encoder_chy_handle.IC2Prescaler TIM_ICPSC_DIV1; /* 一分频 */ g_timx_encoder_chy_handle.IC2Filter 10; /* 滤波器设置 */ HAL_TIM_Encoder_Init(g_timx_chy_handle, g_timx_encoder_chy_handle); /*句柄初始化*/ HAL_TIM_Encoder_Start(g_timx_chy_handle,TIM_CHANNEL_1); /* 开启编码器通道1 */ HAL_TIM_Encoder_Start(g_timx_chy_handle,TIM_CHANNEL_2); /* 开启编码器通道2 */ TIMx_BM_NVIC_Configuration(); //初始化NVIC __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(g_timx_chy_handle,TIM_IT_UPDATE); /* 清除更新中断 */ __HAL_TIM_ENABLE_IT(g_timx_chy_handle,TIM_IT_UPDATE); /* 开启更新中断 */ } /*这是一个中断服务函数将句柄放入绑定回调函数*/ void TIM8_UP_TIM13_IRQHandler(void) { HAL_TIM_IRQHandler(g_timx_chy_handle); } volatile int g_timx_encode_count 0; /* 用于记录溢出次数向下溢出就-1向上溢出就1 */ /*这是一个中断回调函数*/ void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if(__HAL_TIM_IS_TIM_COUNTING_DOWN(g_timx_chy_handle)) /* 读取寄存器位判断CR1的DIR位 */ { g_timx_encode_count--; /* DIR位为1也就是递减计数 */ } else { g_timx_encode_count; /* DIR位为0也就是递增计数 */ } } /*这是一个获取编码器值的函数*/ int32_t gtim_get_encode(void) { // printf(编码器原式步数%d\r\n,__HAL_TIM_GET_COUNTER(g_timx_chy_handle)); /* 计算当前总计数值当前总计数值计数器当前值溢出次数*65536 */ return ( int32_t )(__HAL_TIM_GET_COUNTER(g_timx_chy_handle) g_timx_encode_count * 65536); } int32_t encode_old,encode_now,var; /* 计算1分钟间隔的计数变化量原理第一步外部延时200ms调用一次函数var*5*200ms*601分钟第二步计算1分钟间隔编码器的输出脉冲个数var*5*200ms*60/4脉冲个数4为因为使用了4倍频第三步计算1分钟间隔编码器转过的圈数var*5*200ms*60/4/11分辨率第四步除去减速齿轮比得到真正的转速var*5*200ms*60/4/11/4 */ int32_t speed_computer(void) { encode_now gtim_get_encode(); /* 获取当前计数值 */ var encode_now - encode_old; /* 计算计数变化量200ms间隔 */ encode_old encode_now; /* 保存这一次的计数值 */ return ( int32_t )( var * 5 * 60 / 4 / 11 / 4.4 ); /* 返回电机速度值 */ }4.2 控制占空比大小逻辑/*旋转编码器控制逻辑 (外部中断扫描方式)*/ void xz_can(void) { if (SW_Scan() KEY_ON) { //SW按钮触发 ; } if (encoderCount ! 0) { //旋转编码器被旋转 if (encoderCount precision) { //大于精度阈值代表被正转 encoderCount 0; //清零方便下次判断 if ((arr2 0) (arr2 50)) { arr2; OLED_Show_Humi(40, 2, arr2 * 2); //更新数字内容 2倍显示速度 __HAL_TIM_SET_COMPARE(TIM_TimeBaseStructure, MOTOR_PUL_CHANNEL_x, arr2*2); //修改CCRx寄存器值 } } else if (encoderCount -precision) { //小于负的精度阈值代表反转 encoderCount 0; if ((arr2 0) (arr2 50)) { arr2--; OLED_Show_Humi(40, 2, arr2 * 2); __HAL_TIM_SET_COMPARE(TIM_TimeBaseStructure, MOTOR_PUL_CHANNEL_x, arr2*2); //修改CCRx寄存器值 } } } }五、实验示例使用旋转编码器作为占空比的调节器并通过OLED显示占空比调节情况可见电机的运行速度随着占空比的大小而变化。六、总结可见只要弄懂单片机定时器的PWM模式相关知识点实现电机控制呼吸灯控制亮度控制等等简直‌信手拈来需要完整源码请留下邮箱。

一篇理解“PWM调制占空比技术”(源码)

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