重温STM32基础：定时器（8）-开发者社区

文章目录

驱动DC电机实验
- 我也遇到了电机不转
- 其他诡异现象
- 电机发出蜂鸣器的声音
- 刹车和停止
许愿

摘要：本文记录了驱动 DC 电机实验中踩过的坑与排查过程：从电机不转的 GPIO 复用模式误配（AF_PP 应为 Out_PP），到 STLink 无法下载、电机拿起即停等诡异现象，再到 PWM 频率落在人耳可听范围导致的蜂鸣啸叫，最后对比了刹车、停止与 PWM=0 三者的区别。适合正在做电机驱动实验、被各种"玄学"现象困扰的同学参考。

驱动DC电机实验

在做这个实验的时候，对于代码上，其实已经没有太多的新知识了。
但是！
即使如此还是有很多坑！

我也遇到了电机不转

不转的第一反应当然是立刻断电。这里的设备涉及了比较大的电压，万一连线错误容易烧坏。当然我已经对连线反复检查了。
首先。。。当然是打开弹幕。。。看看天才的各位有没有建议：有的人说是改ARR，有的人说是改引脚。当然也有人提到了我们面包板左右电源不通的问题（这个在之前实验我已经遇到过了，给电机驱动器连电源的时候特别注意，把PWMA引脚接在了STM32板子的一侧）。
还是检查一下各个引脚吧。。可是手边没有万用表或者示波器（呜呜。。。），debug起来比较难受。
用LED灯看看STM32的几个引脚配置以及给驱动芯片的供电是不是正常。
检查供电引脚的时候千万不要把LED灯直接接在供电引脚和GND啊！（脑子一热。。。LED也热了）连个电阻!
供电都正常；PA2（PWM的输出）也能让LED量）
可是GPIOA4和GPIOA5居然没有反应。。。什么情况。。。
似乎问题就在这里了。
这两个GPIO的配置有问题么？看了老半天。。。

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct={0};GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

看出来了么，朋友们。。。
这个Mode是AF_PP ！
想起来了，我的这个GPIO配置是从PWM的配置里复制过来的，那里的GPIO是配置成TIM2的CH3复用（其实是为之前的CH2的复用PA1配置的，这个实验中用了TIM2的CH3，而TIM2的CH3正好也是复用）
无脑复制粘贴惹祸啊！
这里GPIOA4和GPIOA5都是普通GPIO，不需要复用，所以要配成GPIO_Mode_Out_PP。

其他诡异现象

STLink下载不了了。。。
改了GPIO4和5的Mode之后，电机果然是转了。但是当我想要下载程序的时候，Keil似乎找不到debugger。然后我把电机断电，重新拔插STLink才被Keil识别。
电机放在桌上可以比较正常的转，但是我把它拿起来，它就会停止
完成完整的代码之后，刚开始按按键，OLED上可以正常更新数值，电机也会相应变速，但是经常到达了80或者100之后，再按按键，OLED就不更新了
打开debug模式，在DCMotor_SetSpeed(Speed)处打断点。刚开始可以看到，每次按下按键之后会在这个地方停止，但是速度一上来之后，Keil界面上的很多debug按钮都变成了灰色，我们无法使用。

问了AI，这里的情况大概率是STLink给电机5V供电导致的。电机转动时，给STM32的供的3.3V电压也会不稳定，STLink也无法正常工作，而且在这个论坛上，有明确地说（https://www.waveshare.net/wiki/%E6%A8%A1%E6%9D%BF:ST-LINK-V2-mini-FAQ?u_atoken=6ad43e89-ccf8-dcb0-dbb2-ea97d8eca539&u_asig=df6d04ab17922945371463700e）”目标板使用大功率时（如电机等），禁止使用ST-Link V2 (mini)为目标板供电“。看起来不是正常操作。
真的要用的话，还是找个5V电源给电机独立供电。（用面包板电源模块，或者其他可以插在面包板上的带有USB接口的板子都可以试试，但是我没有。。需要注意的是两组电源的的GND必须共地）
至于电机转动的时候，电路里电压的变换到底如何，需要专门的设备来排除了。

电机发出蜂鸣器的声音

这里记录一下课程中的另一个现象和老师给的解决方法。
当我们把PSC设置成720的时候，ARR为100的时候，电机会有蜂鸣器的响声（确实是有的。。）这是因为此时频率是1000Hz。有如下物理过程

直流电机的驱动是基于通电线圈受到安培力。当线圈通电时，线圈会受到安培力；通电停止时就不受力。这种力的时有时无会让定子和线圈都产生微小的变形和震动，从而产生啸叫。
一次受力+一次不受力构成一个周期，而这个频率就是PWM的频率。代码中，我们一开始设置PSC=（720-1），ARR=（100-1），这个时候频率是 72M/720/100 = 1KHz，也就是电机内部的机械结构以1kHz震动，而人耳能够听到的声音一般在20Hz~20KHz（一般年纪大了就听不到20kHz了。。），1kHz处于人耳能够听到的范围。

电机等发出响声不仅仅取决于驱动的频率，还有机械结构设计等。但显然我们目前改不了机械结构，那么就改变频率：把它设置到人耳听不到的范围。比如把PSC设置成（36-1），这样频率就达到了20kHz，差不多是人耳听不到的频率。
（解决方法不是去除震动，震动一直都在，只是在人耳听不到的范围了。）
一般用到电机的产品里都会把频率设置到人耳听不见的范围。但是也可以想到，提高频率会导致电机功耗增加、发热等。这里当然也应该有其他工程手段来进行权衡和改进。具体什么问题和怎么解决就需要其他大神来赐教了。

刹车和停止

其实电机控制还有刹车和停止状态，但是课程中并没有提到。查了一下，刹车和停止，包括和PWM=0的区别在于

刹车：从下图可以看到，这是把两个输出口给短路了。如果之前电机转子是旋转的，那再被短路的那一刻，由于惯性它还在旋转，继续切割磁感线，根据法拉第电磁感应定理，这个时候线圈会产生反电动势（虽然这个时候外部电压已经没有了，但是这里产生的电动势和之前外加的电压相反）。此时电路被短接，会产生一个比较大的电流，根据楞次定律，感应电流产生磁场，这个时候又形成安培力，阻碍线圈的转动。

所以，刹车的时候理论上是会让电机很快地停下。并且如果刹车状态下拧电机轴，会感受到阻力；
停止：两个输出端口都断开，电路里没有电流，也没有闭合回路。靠转自靠惯性和摩擦力停下。此时去拧电机轴，是不会有阻力地。
PWM=0：最开始理解以为是STOP。但是这其实是刹车。如下表所示，当PWM=L的时候，其实是short brake。另外，这也可以看出，其实在一个PWM的周期T里，假设占空比是60%，那么60% * T是在CW或者CCW转动，40% * T的时间是在刹车。

但我试了在两个模式下拧轴，实际上并没有感受到Stop和Brake有阻力的区别；而且装上了风扇叶，期望看到Brake的时候风扇叶片很快停下而Stop的时候会缓慢停下。我也没有看到这个现象。AI说是因为这个电机太小了，看不出两者的区别；如果用大功率电机会感受明显。。那看来又是“下次一定”了。。。