单片机PWM控制电机应用案例解析：从理论到实践，深入了解电机控制应用，开拓创新思路

# 1. 单片机PWM控制电机理论基础**

PWM（脉宽调制）是一种广泛应用于电机控制的调制技术，它通过调节脉冲宽度来控制输出电压或电流，从而实现对电机转速和转矩的控制。

**PWM波形分析**

PWM波形是一个周期性方波，其脉冲宽度（Ton）和周期（T）的比值称为占空比（D）。占空比决定了输出信号的平均值，进而影响电机的转速和转矩。

# 2. 单片机PWM控制电机编程实现**

**2.1 PWM信号生成原理**

**2.1.1 PWM波形分析**

PWM（脉宽调制）是一种调制技术，通过改变脉冲宽度来控制输出信号的平均值。PWM波形由一系列脉冲组成，每个脉冲的宽度（占空比）表示输出信号的幅度。

**2.1.2 PWM调制技术**

PWM调制技术有两种主要类型：

* **载波调制：**将调制信号与载波信号进行比较，当调制信号大于载波信号时，输出高电平；否则，输出低电平。
* **边缘调制：**将调制信号的上升沿或下降沿与载波信号的上升沿或下降沿进行比较，当调制信号的边缘与载波信号的边缘重合时，输出高电平；否则，输出低电平。

**2.2 单片机PWM控制电机程序设计**

**2.2.1 PWM初始化设置**

PWM初始化设置包括：

* **时钟设置：**配置PWM时钟源和分频系数。
* **模式选择：**选择PWM模式，例如中心对齐模式或边缘对齐模式。
* **周期设置：**设置PWM波形的周期。
* **占空比设置：**设置PWM波形的初始占空比。

// STM32F103 PWM 初始化
void PWM_Init(void)
{
    // 使能时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);

    // 设置时钟源和分频系数
    TIM_PrescalerConfig(TIM1, 72, TIM_PSCReloadMode_Immediate);

    // 设置 PWM 模式
    TIM_OCMode_TypeDef mode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OC1Init(TIM1, mode, TIM_OutputState_Enable, TIM_OutputNState_Disable, TIM_OCPolarity_High, TIM_OCNPolarity_High, TIM_OCIdleState_Set, TIM_OCNIdleState_Reset);

    // 设置周期
    TIM_SetAutoreload(TIM1, 999);

    // 设置占空比
    TIM_SetCompare1(TIM1, 0);

    // 使能 PWM 输出
    TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);
}

**2.2.2 PWM占空比调节**

PWM占空比调节通过改变脉冲宽度来实现。可以通过以下方法调节占空比：

* **直接设置：**直接设置比较寄存器的值。
* **定时器中断：**在定时器中断服务程序中更新比较寄存器的值。
* **DMA传输：**使用DMA传输将占空比值传输到比较寄存器。

// 设置 PWM 占空比
void PWM_SetDutyCycle(uint16_t dutyCycle)
{
    // 计算占空比值
    uint16_t compareValue = (dutyCycle * TIM1->ARR) / 100;

    // 更新比较寄存器
    TIM_SetCompare1(TIM1, compareValue);
}

**2.3 PWM控制电机参数优化**

**2.3.1 电机转速控制**

电机转速可以通过调节PWM波形的占空比来控制。占空比越大，电机转速越高。

**2.3.2 电机转矩控制**

电机转矩可以通过调节PWM波形的频率来控制。频率越高，电机转矩越大。

# 3. 单片机PWM控制电机实践应用**

### 3.1 电机驱动电路设计

#### 3.1.1 H桥驱动电路

H桥驱动电路是一种常见的电机驱动电路，它可以控制电机的正反转和制动。H桥电路由四个开关组成，分别连接在电机的两端。当两个上臂开关导通时，电机正转；当两个下臂开关导通时，电机反转；当所有开关都关断时，电机制动。

// H桥驱动电路代码
void Hbridge_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    // 初始化GPIO端口
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 设置GPIO引脚为推挽输出模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

void Hbridge_Control(uint8_t direction)
{
    switch (direction)
    {
    case 0: // 停止
        GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin