学习目标

  1. 了解电机驱动原理
  2. 熟悉原理图
  3. 了解电机驱动芯片的驱动原理
  4. 掌握PWM控制电机转动
  5. 熟悉驱动封装
  6. 掌握逻辑分析仪使用方法

    学习内容

    电机

    采用N20电机，电机上有两个触点，通电就可以转动。我们采用的N20电机的额定电压为6V，最大转速是300RPM（300圈/分钟）
    181.png
    image.png
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    通电的时候，无论正接还是反接，电机都可以转动，只是转动的方向不同。 :::warning 注意：
  • 减速电机请尽量避免堵转或者超负载，否则会出现崩齿轮损耗。
  • 正反转控制时，不要让齿轮在传动中立刻切换转向，建议在完全停止后切换转向 :::

    原理图

    179.png
    每个电机分别对应一个电机驱动芯片，通过电机驱动芯片进行驱动电机转动。
    电机驱动芯片又是通过两路pwm来控制的。
    以下是电机驱动芯片的真值表：
    180.png
    两个引脚分别对应了采用互补的方式，可以驱动电机，达到电机可以正转反转的效果。
    电机驱动帮助我们解决了正反转动态切换的问题

    驱动编写

    ```c

    ifndef MOTORS_H

    define MOTORS_H

include “Config.h”

void Motors_init();

// 0 -> 100 void Motors_forward(int speed);

// 0 -> 100 void Motors_backward(int speed);

// 0左转 void Motors_left(int speed);

// 0右转 void Motors_right(int speed);

// 原地转 void Motors_around(int speed);

// stop void Motors_stop();

endif

  1. ```c
  2. #include "Motors.h"
  4. #include "STC8H_PWM.h"
  5. #include "GPIO.h"
  7. #define RQ_B        P15
  8. #define RQ_F        P14
  10. #define PERIOD (MAIN_Fosc / 1000)
  12. typedef struct {
  14.     int LQ_speed;
  15.     int LH_speed;
  16.     int RQ_speed;
  17.     int RH_speed;
  19. } MotorCfg;
  21. PWMx_Duty dutyA;
  23. // -100 ------------------ 0 --------------------- 100        Speed
  24. //B_Max                                         0                                            F_Max      速度
  26. // 0 --------------------  50 -------------------- 100        duty
  27. int speed2duty(int speed) {
  28.     // speed > 0 前进
  29.     // speed < 0 后退
  31.     // [-100, 100]
  32.     // speed / 2              =>  [-50,  50]
  33.     // speed / 2 + 50   =>  [  0, 100]
  34.     return speed / 2 + 50;
  35. }
  38. void    Motors_config(MotorCfg cfg)
  39. {
  40.     PWMx_InitDefine        pwmInit;
  42.     int LQ_duty = speed2duty(cfg.LQ_speed);
  43.     int LH_duty = speed2duty(cfg.LH_speed);
  44.     int RQ_duty = speed2duty(cfg.RQ_speed);
  45.     int RH_duty = speed2duty(cfg.RH_speed);
  47.     // 配置PWM1 - LH 左后
  48.     pwmInit.PWM_Mode            = CCMRn_PWM_MODE1;    //模式,        CCMRn_FREEZE,CCMRn_MATCH_VALID,CCMRn_MATCH_INVALID,CCMRn_ROLLOVER,CCMRn_FORCE_INVALID,CCMRn_FORCE_VALID,CCMRn_PWM_MODE1,CCMRn_PWM_MODE2
  49.     pwmInit.PWM_Duty            = PERIOD * LH_duty / 100;    //PWM占空比时间, 0~Period
  50.     pwmInit.PWM_EnoSelect      = (cfg.LH_speed == 0 ? 0 : (ENO1P | ENO1N));    //输出通道选择,    ENO1P,ENO1N,ENO2P,ENO2N,ENO3P,ENO3N,ENO4P,ENO4N / ENO5P,ENO6P,ENO7P,ENO8P
  51.     PWM_Configuration(PWM1, &pwmInit);            //初始化PWM
  52.     // 配置PWM2 - RH 右后
  53.     pwmInit.PWM_Mode            = CCMRn_PWM_MODE2;    //模式,        CCMRn_FREEZE,CCMRn_MATCH_VALID,CCMRn_MATCH_INVALID,CCMRn_ROLLOVER,CCMRn_FORCE_INVALID,CCMRn_FORCE_VALID,CCMRn_PWM_MODE1,CCMRn_PWM_MODE2
  54.     pwmInit.PWM_Duty            = PERIOD * RH_duty / 100;    //PWM占空比时间, 0~Period
  55.     pwmInit.PWM_EnoSelect  = (cfg.RH_speed == 0 ? 0 : (ENO2P | ENO2N));    //输出通道选择,    ENO1P,ENO1N,ENO2P,ENO2N,ENO3P,ENO3N,ENO4P,ENO4N / ENO5P,ENO6P,ENO7P,ENO8P
  56.     PWM_Configuration(PWM2, &pwmInit);            //初始化PWM
  57.     // 配置PWM3 - RQ 右前
  58.     pwmInit.PWM_Mode            = CCMRn_PWM_MODE1;    //模式,        CCMRn_FREEZE,CCMRn_MATCH_VALID,CCMRn_MATCH_INVALID,CCMRn_ROLLOVER,CCMRn_FORCE_INVALID,CCMRn_FORCE_VALID,CCMRn_PWM_MODE1,CCMRn_PWM_MODE2
  59.     pwmInit.PWM_Duty            = PERIOD * RQ_duty / 100;    //PWM占空比时间, 0~Period
  60.         pwmInit.PWM_EnoSelect  = (cfg.RQ_speed == 0 ? 0 : (ENO3P | ENO3N));    //输出通道选择,    ENO1P,ENO1N,ENO2P,ENO2N,ENO3P,ENO3N,ENO4P,ENO4N / ENO5P,ENO6P,ENO7P,ENO8P
  61.     PWM_Configuration(PWM3, &pwmInit);
  62.     // 配置PWM4 - LQ 左前
  63.     pwmInit.PWM_Mode            = CCMRn_PWM_MODE2;    //模式,        CCMRn_FREEZE,CCMRn_MATCH_VALID,CCMRn_MATCH_INVALID,CCMRn_ROLLOVER,CCMRn_FORCE_INVALID,CCMRn_FORCE_VALID,CCMRn_PWM_MODE1,CCMRn_PWM_MODE2
  64.     pwmInit.PWM_Duty            = PERIOD * LQ_duty / 100;    //PWM占空比时间, 0~Period
  65.     pwmInit.PWM_EnoSelect  = (cfg.LQ_speed == 0 ? 0 : (ENO4P | ENO4N));    //输出通道选择,    ENO1P,ENO1N,ENO2P,ENO2N,ENO3P,ENO3N,ENO4P,ENO4N / ENO5P,ENO6P,ENO7P,ENO8P
  66.     PWM_Configuration(PWM4, &pwmInit);
  68.     // 配置PWMA
  69.     pwmInit.PWM_Period   = PERIOD - 1;            //周期时间,   0~65535
  70.     pwmInit.PWM_DeadTime = 0;                    //死区发生器设置, 0~255
  71.     pwmInit.PWM_MainOutEnable= ENABLE;            //主输出使能, ENABLE,DISABLE
  72.     pwmInit.PWM_CEN_Enable   = ENABLE;            //使能计数器, ENABLE,DISABLE
  73.     PWM_Configuration(PWMA, &pwmInit);            //初始化PWM通用寄存器,  PWMA,PWMB
  75.     // 切换PWM通道
  76.     // LH 左后
  77.     PWM1_SW(PWM1_SW_P20_P21);            //PWM1_SW_P10_P11,PWM1_SW_P20_P21,PWM1_SW_P60_P61
  78.     // RH 右后
  79.     PWM2_SW(PWM2_SW_P22_P23);            //PWM2_SW_P12_P13,PWM2_SW_P22_P23,PWM2_SW_P62_P63
  80.     // RQ 右前
  81.     PWM3_SW(PWM3_SW_P14_P15);            //PWM3_SW_P14_P15,PWM3_SW_P24_P25,PWM3_SW_P64_P65
  82.     // LQ 左前
  83.     PWM4_SW(PWM4_SW_P16_P17);            //PWM4_SW_P16_P17,PWM4_SW_P26_P27,PWM4_SW_P66_P67,PWM4_SW_P34_P33
  85.     // 初始化PWMA的中断
  86.     NVIC_PWM_Init(PWMA,DISABLE,Priority_0);
  87. }
  89. void Motors_init() {
  91.     // 电机IO口
  92.     P1_MODE_IO_PU(GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7);
  93.     P2_MODE_IO_PU(GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3);
  94. }
  96. // 0 -> 100
  97. void Motors_forward(int speed) {
  98.     MotorCfg cfg;
  99.     cfg.LQ_speed = speed;
  100.     cfg.LH_speed = speed;
  101.     cfg.RQ_speed = speed;
  102.     cfg.RH_speed = speed;
  103.     Motors_config(cfg);
  104. }
  106. // 0 -> 100
  107. void Motors_backward(int speed) {
  108.     MotorCfg cfg;
  109.     cfg.LQ_speed = -speed;
  110.     cfg.LH_speed = -speed;
  111.     cfg.RQ_speed = -speed;
  112.     cfg.RH_speed = -speed;
  113.     Motors_config(cfg);
  114. }
  115. // 0左转
  116. void Motors_left(int speed) {
  117.     MotorCfg cfg;
  118.     cfg.LQ_speed = 0;
  119.     cfg.LH_speed = 0;
  120.     cfg.RQ_speed = speed;
  121.     cfg.RH_speed = speed;
  122.     Motors_config(cfg);
  123. }
  125. // 0右转
  126. void Motors_right(int speed) {
  127.     MotorCfg cfg;
  128.     cfg.LQ_speed = speed;
  129.     cfg.LH_speed = speed;
  130.     cfg.RQ_speed = 0;
  131.     cfg.RH_speed = 0;
  132.     Motors_config(cfg);
  133. }
  135. // 原地转
  136. void Motors_around(int speed){
  137.     MotorCfg cfg;
  138.     cfg.LQ_speed = speed;
  139.     cfg.LH_speed = speed;
  140.     cfg.RQ_speed = -speed;
  141.     cfg.RH_speed = -speed;
  142.     Motors_config(cfg);
  143. }
  146. // stop
  147. void Motors_stop() {
  148.     MotorCfg cfg;
  149.     cfg.LQ_speed = 0;
  150.     cfg.LH_speed = 0;
  151.     cfg.RQ_speed = 0;
  152.     cfg.RH_speed = 0;
  153.     Motors_config(cfg);
  154. }

控制逻辑

211.png

  1. 前进：4个轮子同时转动即可
  2. 左转：右侧轮子的转速大于左侧即可
  3. 右转：左侧轮子的转速大于右侧即可

N20电机参数

尺寸图

参数表如下图：
额定电压与真实电压输入的范围要求：

  • 3V电机电压输入范围：1.5V-5V
  • 6V电机电压输入范围：3V-9V
  • 12V电机电压输入范围：6V-12V

参数表
扭矩

练习题

  1. pwm驱动单个电机的启停
  2. pwm驱动多路电机的启停
  3. 实现小车的前进后退转弯等功能