stm32f103c8t6最小系统板PID控制

STM32F103C8T6 最小系统板 PID 控制 示例代码及教程
增量式PID控制器简介
增量式PID控制器是一种常用的反馈控制系统算法，其核心在于通过误差的变化来调整系统的输出。对于基于STM32F103C8T6的项目来说，通常会利用该芯片的强大功能实现复杂的控制逻辑。例如，在电机速度调节中，经过PID计算后的值被映射为PWM信号[^1]。
以下是关于如何在STM32F103C8T6最小系统板上实现增量式PID控制的一个完整示例：

硬件准备

微控制器: STM32F103C8T6。
外设: PWM模块用于生成占空比可调的波形；ADC模块用于采集传感器数据（如灰度传感器或角度传感器）[^2][^3]。

软件设计流程
初始化配置
初始化GPIO端口以及定时器TIMx以生成PWM信号。同时设置ADC通道以读取外部输入信号。
#include "stm32f10x.h"

// 定义全局变量
float kp = 1.2; // 比例系数
float ki = 0.5; // 积分系数
float kd = 0.8; // 微分系数
int setpoint = 50; // 设定目标值 (单位取决于具体应用)
volatile int current_value;

void TIM2_PWM_Init(u16 arr, u16 psc) {
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc ;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseStructure);

TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=arr/2;
TIM_OC1Init(TIM2,&TIM_OCInitStructure);

TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);
}

void ADC_Configuration() {
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

ADC_DeInit(ADC1);
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_4, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
}
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实现增量式PID算法
以下是一个简单的增量式PID函数实现：
typedef struct {
float Kp;
float Ki;
float Kd;
float last_error;
float integral;
} pid_t;

pid_t pid;

void PID_Init(pid_t *pid_instance, float Kp, float Ki, float Kd){
pid_instance->Kp = Kp;
pid_instance->Ki = Ki;
pid_instance->Kd = Kd;
pid_instance->last_error = 0;
pid_instance->integral = 0;
}

float Compute_PID(pid_t *pid_instance, int target, int actual){
static float error = 0;
static float derivative = 0;
static float output = 0;

error = target - actual;
pid_instance->integral += error;
derivative = error - pid_instance->last_error;

output = pid_instance->Kp * error +
pid_instance->Ki * pid_instance->integral +
pid_instance->Kd * derivative;

pid_instance->last_error = error;

return output;
}
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主循环中的执行过程
在主程序中不断更新当前测量值并调用Compute_PID()函数获取新的PWM占空比。
int main(){
TIM2_PWM_Init(99,71); // 配置PWM频率为约1kHz
ADC_Configuration(); // 配置ADC采样PA4引脚

PID_Init(&pid, kp, ki, kd);

while(1){
delay_ms(10); // 添加适当延时减少CPU负载

current_value = Read_ADC_Value();

float pwm_duty_cycle = Compute_PID(&pid, setpoint, current_value);

if(pwm_duty_cycle > 100) pwm_duty_cycle = 100;
if(pwm_duty_cycle < 0) pwm_duty_cycle = 0;

Set_PWM_DutyCycle((uint16_t)(pwm_duty_cycle));
}
}

u16 Read_ADC_Value(void){
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));
return ADC_GetConversionValue(ADC1);
}

void Set_PWM_DutyCycle(uint16_t duty_cycle){
uint16_t tim_arr = TIM2->ARR;
TIM_SetCompare1(TIM2,(tim_arr / 100)*duty_cycle);
}
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总结
上述代码展示了如何使用STM32F103C8T6实现一个基本的增量式PID闭环控制系统。其中涉及到了PWM信号生成、ADC采样以及PID参数整定等内容^。