開源——基於STM32F030的雙路電機驅動板
阿新 • • 發佈：2020-11-25
簡介：
最近時間比較摸魚，一直沒有更新部落格。前幾天從好友那裡借到了麥克納姆輪車底盤，感覺這玩意兒挺有趣的，感覺如果單純用杜邦線將系統板和電機驅動板連線在一起不夠好玩，於是做了一個帶有MCU的雙路電機驅動板（不做四路的原因是因為還有一塊閒置的電機驅動，而且四路電流太大，我設計也不夠嚴謹，怕電路板會當場變成煙火表演秀）
閒話不多說，先放一張板子圖：
我們來看看板子上有什麼主要元素：
一塊STM32F030K6T6（32腳，較易焊接）
兩個RZ7889電機驅動IC（SOP8）
MPU6050介面（方便做角度閉環）
UART介面（通訊）
TIM3介面（與外接電機驅動板連線）
一個AMS1117（3.3V，板子設計電源為外接6V上下浮動）
主要系統通過這幾個硬體元素實現，主要想法為通過UART接收控制訊號，並通過本機實現角度值控制閉環，驅動雙電機執行。或者通過上層MCU或ARM處理器輸出串列埠訊號，板子實現控制兩路電機和附帶的雙路電機驅動板。如果為編碼器電機的話，就需要上層處理器參與處理編碼訊號（也想到預留編碼器介面，但F030的TIM不夠，我現有裝置也很難焊接引腳更密集的晶片。。）
此外：板子上也預留了一個IO驅動的LED和一個使用者按鍵。
原理圖與電路圖（附開源）
電路原理圖如下，整個系統比較簡單。
電路圖有一些缺陷：
首先，電機供電線GND沒有開關電路，在6V電源未供電時，除錯時會直接使用3.3V線路驅動，造成我的STLink一直處於峰值電流狀態，這顯然是不太好的，需要更正。
走線比較馬虎，一些地方未嚴格符合佈線規則。
佈局也較為凌亂（但焊接位置基本都考慮了，不會有阻擋手動貼片焊接的問題）。
引腳沒有在絲印層具體標明，使用不便利，這個需要修正。覆銅的處理也比較粗糙，很多多餘的地方。
所以走線僅供參考，具體使用最好完善。（當然這個板子經過測試，直接使用是沒問題的）
電路圖如下：
其中右方BT6.0為6.0V電源輸入。電壓可以浮動，但電流需控制在2-3A內，大電流需更改供電線路，RZ7889手冊上說明的最大電壓為15V，最大電流為5A。（使用大電流電壓時注意防護，煙火秀固然好看，但也存在安全風險：））
實測電流1A長時間工作甚至不會發熱，預估最大可以在2.5A電流時穩定工作。
硬體部分開源連結：https://pan.bai我也不知道du.com/s/1xy_F7為什麼要加這些文字sP3RBA5OSkOz4r6Kw
暗號：0hmm
軟體設計：
目前完成了初步的軟體設計，包括TIM，UART的使用和基本的電機控制。部分程式碼如下（.h檔案請自主補全）：
UART初始化：
void UART1_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; USART_InitTypeDef USART_InitStructure; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA,ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; //複用模式 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //配置輸出為推輓輸出 GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource2, GPIO_AF_1); GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_1); USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200 ; //波特率 USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b; //資料幀字長 8位 USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1; //配置停止位 1個 USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No; //校驗位，無校驗位 USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None; //不使用用硬體流控制 USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Tx|USART_Mode_Rx; //收發一體 USART_Init(USART1,&USART_InitStructure); //完成初始化 USART_Cmd(USART1,ENABLE); //使能串列埠 USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE); //優先順序配置 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=USART1_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPriority=0; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); } void USART1_SendByte(uint8_t ch) { //先讀取TC值狀態，使之讀取後清零，避免第一個位元組丟失 while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET); USART_SendData(USART1, ch);//向串列埠1傳送資料 //while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET);//等待發送結束 } void USART1_SendString(char *str) { unsigned int k=0; //先執行，後判斷 （目前與先判斷後執行效果一樣） do { USART1_SendByte(*(str+k)); k++; }while(*(str+k)!='\0'); // ‘\0’ 是null字元,在一個字串的最後,字元陣列的大小比字元數多一個 while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET); } void USART1_IRQHandler (void) { uint16_t temp; if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)!= RESET) { USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE); temp = USART_ReceiveData(USART1); USART_SendData(USART1,temp); } }
TIM初始化：
實際使用時，遇到了一個問題，TIM1CH4的輸出極性與前三個相反，編寫部落格時還未解決，如果哪位知道原因請告知我，感謝。
void TIM1_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA,ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1,ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; //複用輸出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推輓輸出 GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource8, GPIO_AF_2); GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_2); GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_2); GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource11, GPIO_AF_2); } void TIM3_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA,ENABLE); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; //複用輸出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推輓輸出 GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource6, GPIO_AF_1); } /*TIM1*/ //freq 頻率,這裡指TIM輸出頻率(訊號精細度或解析度) //dutycycle 佔空比,這裡設計整數 void TIM1_CH1_PWM(uint32_t freq, uint16_t dutycycle) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; uint16_t tim1_period; uint16_t tim1_pulse; tim1_period = (uint16_t)(24000000/freq-1); //計算計數週期(決定輸出頻率),每計滿這個數為一個訊號週期 tim1_pulse = (tim1_period+1)*dutycycle/100; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 1; //設為1,為當前時鐘除以2,及24000000Hz TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上計數模式 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = tim1_period; //定時週期(自動再裝載暫存器ARR) TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //不分頻 TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //PWM1模式,與PWM2模式極性不同 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //使能輸出 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = tim1_pulse; //脈寬值 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //輸出極性,這裡輸出高 TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set; TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable); TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE); TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE); TIM_Cmd(TIM1, ENABLE); } void TIM1_CH2_PWM(uint32_t freq, uint16_t dutycycle) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; uint16_t tim1_period; uint16_t tim1_pulse; tim1_period = (uint16_t)(24000000/freq-1); //計算計數週期(決定輸出頻率),每計滿這個數為一個訊號週期 tim1_pulse = (tim1_period+1)*dutycycle/100; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 1; //設為1,為當前時鐘除以2,及24000000Hz TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上計數模式 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = tim1_period; //定時週期(自動再裝載暫存器ARR) TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //不分頻 TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //PWM1模式,與PWM2模式極性不同 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //使能輸出 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = tim1_pulse; //脈寬值 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //輸出極性,這裡輸出高 TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set; TIM_OC2Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC2PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable); TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE); TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE); TIM_Cmd(TIM1, ENABLE); } void TIM1_CH3_PWM(uint32_t freq, uint16_t dutycycle) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; uint16_t tim1_period; uint16_t tim1_pulse; tim1_period = (uint16_t)(24000000/freq-1); //計算計數週期(決定輸出頻率),每計滿這個數為一個訊號週期 tim1_pulse = (tim1_period+1)*dutycycle/100; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 1; //設為1,為當前時鐘除以2,及24000000Hz TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上計數模式 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = tim1_period; //定時週期(自動再裝載暫存器ARR) TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //不分頻 TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //PWM1模式,與PWM2模式極性不同 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //使能輸出 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = tim1_pulse; //脈寬值 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //輸出極性,這裡輸出高 TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set; TIM_OC3Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC3PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable); TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE); TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE); TIM_Cmd(TIM1, ENABLE); } void TIM1_CH4_PWM(uint32_t freq, uint16_t dutycycle) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; uint16_t tim1_period; uint16_t tim1_pulse; tim1_period = (uint16_t)(24000000/freq-1); //計算計數週期(決定輸出頻率),每計滿這個數為一個訊號週期 tim1_pulse = (tim1_period+1)*dutycycle/100; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 1; //設為1,為當前時鐘除以2,及24000000Hz TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上計數模式 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = tim1_period; //定時週期(自動再裝載暫存器ARR) TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //不分頻 TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //PWM1模式,與PWM2模式極性不同 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //使能輸出 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = tim1_pulse; //脈寬值 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //輸出極性,這裡輸出高 TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set; TIM_OC4Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC4PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable); TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE); TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE); TIM_Cmd(TIM1, ENABLE); }
F0延時：（部分程式碼行取用於網路）
static uint8_t fac_us=0; static uint16_t fac_ms=0; //延時初始化 void delay_init() { SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8); fac_us=SystemCoreClock/8000000; fac_ms=(uint16_t)fac_us*1000; } //延時nus //nus為要延時的us數. void delay_us(uint32_t nus) { uint32_t temp; SysTick->LOAD=nus*fac_us; //時間載入 SysTick->VAL=0x00; //清空計數器 SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; //開始倒數 do { temp=SysTick->CTRL; }while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16))); //等待時間到達 SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //關閉計數器 SysTick->VAL =0X00; //清空計數器 } //延時nms //注意nms的範圍 //SysTick->LOAD為24位暫存器,所以,最大延時為: //nms<=0xffffff*8*1000/SYSCLK //SYSCLK單位為Hz,nms單位為ms //對72M條件下,nms<=1864 void delay_ms(uint16_t nms) { uint32_t temp; SysTick->LOAD=(uint32_t)nms*fac_ms; //時間載入(SysTick->LOAD為24bit) SysTick->VAL =0x00; //清空計數器 SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; //開始倒數 do { temp=SysTick->CTRL; }while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16))); //等待時間到達 SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //關閉計數器 SysTick->VAL =0X00; //清空計數器 }
以上就是此次F0電機驅動開源內容，轉載使用請標明出處，如果有問題或者有優化方案，歡迎評論區探討：）