STM32单片机电机控制：使用PWM和GPIO，轻松驾驭电机

# 1. STM32单片机电机控制概述**

电机控制在现代工业自动化和机器人技术中至关重要。STM32单片机凭借其强大的处理能力和丰富的外设资源，成为电机控制应用的理想选择。本章将概述STM32单片机电机控制的基本概念，包括电机类型、电机控制原理和STM32单片机的硬件架构。

# 2. 电机控制基础**

**2.1 电机类型和特性**

电机是将电能转换成机械能的装置，广泛应用于工业、自动化和消费电子等领域。根据工作原理和结构的不同，电机可分为直流电机、步进电机和交流电机。

**2.1.1 直流电机**

直流电机是利用直流电磁场原理工作的电机，其特点是转速可调、启动扭矩大。直流电机主要包括定子、转子和换向器三个部分。定子产生磁场，转子在磁场中转动，换向器用于改变转子电流的方向，从而实现电机的连续转动。

**2.1.2 步进电机**

步进电机是一种将电脉冲转换为角位移的电机，其特点是精度高、控制简单。步进电机主要由定子和转子组成。定子产生多极磁场，转子由永磁材料制成。当定子上的线圈通电时，会产生磁场，转子在磁场的作用下转动一个步距角。

**2.1.3 交流电机**

交流电机是利用交流电磁场原理工作的电机，其特点是效率高、体积小。交流电机主要包括定子和转子两个部分。定子产生旋转磁场，转子在旋转磁场中感应出电流，从而产生电磁力，带动转子转动。

**2.2 电机控制原理**

电机控制是指通过电子电路或软件程序控制电机的转速、方向和制动等。电机控制原理主要包括PWM调速和方向控制。

**2.2.1 PWM调速**

PWM调速是一种通过改变脉宽调制（PWM）波的占空比来控制电机转速的方法。PWM波是一种周期性的方波，其占空比表示高电平的时间占整个周期的比例。通过改变PWM波的占空比，可以控制电机供电的平均电压，从而实现电机转速的调节。

**代码块：**

void pwm_init(void) {
  // 配置 PWM 时钟
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);

  // 配置 PWM 输出引脚
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

  // 配置 PWM 定时器
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
  TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);

  // 配置 PWM 输出通道
  TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
  TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
  TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
  TIM_OC1Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure);

  // 启动 PWM 输出
  TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
}

**逻辑分析：**

该代码段用于初始化 PWM 模块。首先配置 PWM 时钟，然后配置 PWM 输出引脚。接着配置 PWM 定时器，包括时钟分频、计数模式和周期。最后配置 PWM 输出通道，包括输出模式、输出状态和脉冲宽度。

**2.2.2 方向控制**

电机方向控制是指控制电机正反转动方向的方法。电机方向控制可以通过改变电机供电极性的方式实现。对于直流电机，通过改变电枢绕组和励磁绕组的连接方式可以改变电机的转动方向。对于步进电机，通过改变定子线圈的通电顺序可以改变电机的转动方向。

**代码块：**

void direction_control(int direction) {
  if (direction == 0) {
    // 正转
    GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);
    GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_13);
  } else {
    // 反转