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標題: STM32F103C8T6怎么實現霍爾信號處理、PWM換相、閉環調速、故障保護這四個功能 [打印本頁]

作者: 83121zy 時間: 2025-2-26 13:29
標題: STM32F103C8T6怎么實現霍爾信號處理、PWM換相、閉環調速、故障保護這四個功能
大家好，我是名大二學生，是初學者。我最近在學習單片機，想做一個有關STM32單片機的霍爾無刷直流電機控制，苦于不知道怎么下手，沒有思路，怎么學習才好呢？我看STM32F103C8T6開發板相對便宜，不知道與N32G435RBL7的霍爾無刷電機比較哪個更容易上手完成？

作者: cedtek 時間: 2025-2-27 03:15

以下內容由 DeepSeek R1 生成

針對你的需求，我會從開發板選擇、功能實現思路和學習路徑三個方面進行詳細分析：

一、開發板選擇建議

STM32F103C8T6優勢：

生態成熟：資料豐富（正點原子、野火等教程），社區案例多
成本低廉：核心板僅10元左右，配套電機驅動模塊選擇多
外設足夠：3個高級定時器（TIM1/2/3）支持6路PWM輸出
學習曲線平緩：CubeMX可視化配置工具降低開發難度

N32G435RBL7劣勢：

資料稀缺：官方例程和中文文檔較少
生態不完善：社區支持薄弱，遇到問題難解決
開發工具鏈不熟悉：需要適應新的SDK和開發環境

結論： 建議先用STM32F103C8T6入門，后期再嘗試N32系列

二、功能實現思路分解1. 霍爾信號處理（硬件+軟件） // 硬件連接示例
#define HALL_U_GPIO_PORT GPIOA
#define HALL_U_PIN GPIO_PIN_0
#define HALL_V_GPIO_PORT GPIOA
#define HALL_V_PIN GPIO_PIN_1
#define HALL_W_GPIO_PORT GPIOA
#define HALL_W_PIN GPIO_PIN_2

// 中斷服務函數
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {
   static uint8_t last_state = 0;
   uint8_t current_state = (HAL_GPIO_ReadPin(HALL_U_GPIO_PORT, HALL_U_PIN) << 2) |
                        (HAL_GPIO_ReadPin(HALL_V_GPIO_PORT, HALL_V_PIN) << 1) |
                        HAL_GPIO_ReadPin(HALL_W_GPIO_PORT, HALL_W_PIN);

   if(current_state != last_state) {
      Motor_Commutation(current_state); // 換相處理
      last_state = current_state;
   }
}

關鍵點：

配置3個GPIO為上升沿/下降沿中斷
使用查表法實現霍爾狀態→換相序號的映射
添加軟件消抖（建議5-10μs延時采樣）

2. PWM換相控制（定時器配置） // TIM1 PWM配置（通道1/2/3用于高側，通道1N/2N/3N用于低側）
void PWM_Init(void) {
   TIM_HandleTypeDef htim1;
   htim1.Instance = TIM1;
   htim1.Init.Prescaler = 71;       // 72MHz/(71+1)=1MHz
   htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
   htim1.Init.Period = 999;          // 1MHz/1000=1kHz PWM
   htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
   htim1.Init.RepetitionCounter = 0;
   HAL_TIM_PWM_Init(&htim1);

   // 配置6個通道（含互補通道）
   TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;
   sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
   sConfigOC.Pulse = 0;             // 初始占空比0%
   sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
   sConfigOC.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_HIGH;
   sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
   sConfigOC.OCIdleState = TIM_OCIDLESTATE_RESET;
   sConfigOC.OCNIdleState = TIM_OCNIDLESTATE_RESET;

   for(int ch=0; ch<3; ch++) {
      HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1 + ch);
      HAL_TIMEx_PWMN_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1 + ch);
   }

   HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
   HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
   // 啟動其他通道...
}

換相邏輯表：

Hall狀態

導通相位

PWM通道

0b001

CH1高側+CH2N低側

0b011

CH1高側+CH3N低側

...

3. 閉環調速（PID實現） typedef struct {
   float Kp, Ki, Kd;
   float integral;
   float prev_error;
} PID_Controller;

float PID_Update(PID_Controller* pid, float setpoint, float measurement) {
   float error = setpoint - measurement;

   pid->integral += error * 0.001f; // 假設采樣周期1ms
   pid->integral = constrain(pid->integral, -1000, 1000);

   float derivative = (error - pid->prev_error) / 0.001f;
   pid->prev_error = error;

   return pid->Kp * error +
         pid->Ki * pid->integral +
         pid->Kd * derivative;
}

// 速度測量（通過霍爾信號頻率）
float Get_Speed(void) {
   static uint32_t last_tick = 0;
   uint32_t period = HAL_GetTick() - last_tick;
   last_tick = HAL_GetTick();
   return (period != 0) ? 1000.0f / (period * 6) : 0; // 6個狀態/轉
}4. 故障保護（硬件剎車+軟件保護） // 過流保護配置
void Configure_BreakInput(void) {
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
   GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;
   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
   GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF1_TIM1;
   HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

   TIM_BreakDeadTimeConfigTypeDef sBreakDeadTimeConfig = {0};
   sBreakDeadTimeConfig.BreakState = TIM_BREAK_ENABLE;
   sBreakDeadTimeConfig.BreakPolarity = TIM_BREAKPOLARITY_LOW;
   sBreakDeadTimeConfig.AutomaticOutput = TIM_AUTOMATICOUTPUT_ENABLE;
   HAL_TIMEx_ConfigBreakDeadTime(&htim1, &sBreakDeadTimeConfig);
}

// 軟件保護
void Safety_Check(void) {
   static uint32_t last_safe_time = 0;
   if(HAL_GetTick() - last_safe_time > 100) {
      if(Read_Temperature() > 85.0f || Read_Voltage() > 36.0f) {
         Emergency_Shutdown();
      }
      last_safe_time = HAL_GetTick();
   }
}三、推薦學習路徑

基礎階段（2周）
- 掌握STM32CubeMX基本配置
- 學習GPIO中斷、定時器PWM輸出
- 理解無刷電機工作原理（重點掌握六步換相法）
模塊實現（3周）
- 分步驗證：先實現霍爾信號讀取→PWM輸出→手動換相→速度閉環
- 使用示波器觀察PWM波形和換相時序
- 搭建測試平臺（建議用24V以下小功率電機）
系統整合（2周）
- 整合PID調速算法
- 添加UART調試接口（實時監控轉速、電流等參數）
- 實現故障自恢復機制
優化提升（持續）
- 加入啟動策略（三段式啟動：定位→加速→閉環）
- 實現FOC控制（需要數學基礎）
- 開發上位機調試界面

四、推薦學習資源

官方文檔
- STM32F10xx參考手冊（重點關注TIM、ADC、GPIO章節）
- AN1088應用筆記（ST官方無刷電機控制指南）
硬件推薦
- DRV8301電機驅動模塊（集成電流檢測）
- ACS712電流傳感器模塊
- 100W以下無刷電機（帶霍爾型號）
調試工具
- Saleae邏輯分析儀（觀測霍爾信號和PWM時序）
- ST-Link V2調試器
- 直流電源（帶電流顯示功能）

建議先從簡單的開環控制入手，逐步增加閉環功能。遇到問題時，可參考ST社區和GitHub上的開源項目（如SimpleFOC）。保持耐心，電機控制需要理論+實踐反復迭代才能掌握。

作者: glinfei 時間: 2025-2-27 16:55
上網找一下例程，就會發現stm32容易，拷貝修改就行了，但我估計你主要問題時不懂無刷電機的驅動。

作者: wjfw 時間: 2025-2-27 20:21
32或者stc都可以

歡迎光臨 (http://www.zg4o1577.cn/bbs/)