【杰发科技AC7802x测评】3.基于AC7802 PWM实现直流电机开环控制

只看该作者 · 2023-6-3 09:13

本帖最后由 GrootBrain 于 2023-6-3 09:13 编辑

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基于AC7802 PWM实现直流电机开环控制

在电子控制领域，低压直流电机速度控制应用十分广泛，比如只能小车的速度控制、四轴飞行器的高度控制及转弯控制、洗衣机脱水转速等等，电机速度控制无处不在。

直流电机速度控制基本原理
我们知道，直流电机两端给一定的电压，电机就会转起来。降低电机两端的电压，电机就会降速，增加电机两端的电压，电机就会升速。当有一个电路，它随着输入变量的变化，输出电压也会随之变化，就能控制电机的转速。
通常，我们会使用PWM作为控制电路的输入，控制直流电源电压值输出。当然，也可以设计AD值控制电源的电压值输出。至于原理和电路，大家去百度查找吧。
PWM控制直流电压方案，那么7802可以轻易胜任，因为7802有3个PWM模块，可选用APB做时钟源，有16位预分频器和16位计数器，有很大的PWM带宽设置，而且PWM占空比可调，轻松实现PWM控制直流电压的输出。
AD控制直流电压方案，7802就会稍微逊色一点。7802有1路ADC输出，输出精度只有6bit，也就只有64段电压输出，显然精度不高。
难得出了一款DAC的MCU，本想采用此方案测试一下DAC输出的。奈何购买的电机控制模块不支持AD值控制直流电源电压输出。一般用PWM控制电压输出较为简单，多数MCU都能实现，而且硬件实现成本较低。在此将用PWM实现直流电源电压控制。

7802的PWM模块特性（挑几个说说吧，别的也不常用）

16位预分频器支持1至65536分频
16位计数器
每个通道都可以配置为输入捕获、输出比较或边沿对齐PWM模式、中心对齐PWM模式
死区插入可用于每一对组合通道，互补/非互补模式均可插入死区
每个通道的极性可配置
用于脉冲和周期宽度测量的双边沿捕获
支持正交解码（AB相输入引脚映射到每个PWM模块的CH0和CH1）

电机控速实验
输入：PA10作为ADC采样输入，输出对应PWM占空比
输出：PA3作为PWM输出，控制电机转速
因为AD是12bit精度的，最到值是4095，我们在配置PWM的时候，最大值设置位4095，将读取到的AD值直接配置到PWM的ChlVal寄存器内，直接输出对应占空比。
本任务分为三个小模块，分别是ADC模块、PWM模块和电机模块。
ADC模块为ADC驱动，为上层提供ADC初始化接口和获取ADC值接口

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void adc_motor_ctrl_input_init(void);

uint16_t adc_motor_ctrl_get_adc_Val(void);

ADC 初始化

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void adc_motor_ctrl_input_init(void)

{

    ADC_ConfigType adcConfig;                    /*! ADC初始化配置*/

    memset(&adcConfig, 0x00, sizeof(adcConfig)); /*! 清空结构体*/



    /*! ADC输入端口（电位器）配置*/

    GPIO_SetFunc(GPIOA, GPIO_PIN10, GPIO_FUN2); /*! PA10复用为FUN2，为ADC_IN1 ，对应电位器VR1*/



    /*! ADC配置

    ADC固定为12位分辨率，工作模式为MODE3（工作模式内容见参考手册8.4.2章节），规则组扫描+注入组扫描模式多通道单次转换，规则组长度为3,注入组长度为0

    每触发一次进行一次ADC转换，每次转换规则组中的3个通道。

    */

    adcConfig.clkPsc                     = ADC_CLK_PRESCALER_2;  /*! ADC时钟分频设置，Set ADC Clk = APB时钟频率/(clkPsc + 1) = 16M/2 = 8M */

    adcConfig.scanModeEn                 = ENABLE;               /*! 模式配置SCAN：扫描模式使能位 多通道需使能扫描模式，单通道则不需要使能*/

    adcConfig.continuousModeEn           = DISABLE;              /*! 模式配置CONT：连续模式使能位 0：触发一次后只转换一次，1：触发后可连续转换*/

    adcConfig.regularDiscontinuousModeEn = DISABLE;              /*! 模式配置DISCEN：打开规则组间断转换模式*/

    adcConfig.injectDiscontinuousModeEn  = DISABLE;              /*! 模式配置IDISEN：打开注入组间断转换模式*/

    adcConfig.injectAutoModeEn           = DISABLE;              /*! 模式配置IAUTO：自动注入模式*/

    adcConfig.intervalModeEn             = DISABLE;              /*! 模式配置INTERVAL：注入组为间隔转换模式*/

    adcConfig.regularDiscontinuousNum    = 0;                    /*! 规则组子组长度，用于Mode7和Mode8*/

    adcConfig.interruptEn                = DISABLE;              /*! 总中断使能*/

    adcConfig.voltageRef                 = ADC_VOLTAGEREF_VDDA;  /*! ADC参考源选择 */

    adcConfig.regularTriggerMode         = ADC_TRIGGER_INTERNAL; /*! 规则组触发源类型选择*/

    adcConfig.injectTriggerMode          = ADC_TRIGGER_INTERNAL; /*! 注入组触发源类型选择*/

    adcConfig.regularSequenceLength      = 1;                    /*! 规则组长度*/

    adcConfig.injectSequenceLength       = 0;                    /*! 注入组长度*/

    adcConfig.dataAlign                  = ADC_DATA_ALIGN_RIGHT; /*! 数据右对齐*/

    adcConfig.callBack                   = NULL;                 /*! ADC回调函数*/

    adcConfig.powerMode                  = ADC_POWER_ON;         /*! ADC上电*/

    ADC_Init(ADC0, &adcConfig);                                  /*! ADC works Mode Config*/



    /*!

        ADC转换率计算公式：

        总转换时间=(SPT+ 12)/ADC时钟频率+5个APB时钟周期

        备注：

        1.SPT为采样周期个数，具体见下面ADC_SPT_CLK_x。

        2.ADC时钟频率 = APB时钟频率 /(分频系数+1)

        3.7802x ADC支持的最高采样率为250Ksps(即转换时间不低于4us)，如果配置采样率高于该值，可能会导致采样结果精度显著减低。

    */

    /*规则组通道转换序列和转换速率配置*/

    ADC_SetRegularGroupChannel(ADC0, ADC_CH_1, ADC_SPT_CLK_33, 0);   /*! 采样&转换时间= (33+12)/8000000 + 5/16000000 ≈ 5.94us */

    /*! Bandgap或T-sensor内部通道配置*/

    //ADC_SetInternalChannel(ADC0, ADC_INTERNAL_TSENSOR); /*! 内部电压信号选择（仅在使用了ADC_CH_VIN 时配置） */

    ADC_SetVBufEnableFlag(ADC0, ENABLE);                /*! Bandgap和T-sensor内部通道使能（仅在使用了ADC_CH_VIN 时配置） */



}

ADC值读取

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uint16_t adc_motor_ctrl_get_adc_Val(void)

{

    uint16_t adcVal = 0;



    ADC_SoftwareStartRegularConvert(ADC0); /*! 软件触发规则组采样*/



    while (!ADC_GetEOCFlag(ADC0, 0)) /*! 等待规则组最后一个通道转换完成*/

    {

        /* Wait */

    }



    adcVal = ADC_GetRegularData(ADC0, 0); /*! 获取规则组0的转换值*/



    return adcVal;

}

PWM模块是PWM模块驱动代码，为上层提供PWM初始化以及配置占空比驱动函数。接口如下：

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void PWM_motor_ctrl_output_init( void );

void PWM_motor_ctrl_ouput_duty_val(uint16_t pwm_duty);

PWM 输出初始化

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void PWM_motor_ctrl_output_init( void )

{

   /* USER CODE BEGIN PWM2_Init 0 */



    /* USER CODE END PWM2_Init 0 */



    PWM_ConfigType pwmConfig;

    memset(&pwmConfig, 0, sizeof(pwmConfig));

    PWM_ModulationConfigType initModeStruct;

    memset(&initModeStruct, 0, sizeof(initModeStruct));



    /* USER CODE BEGIN PWM2_Init 1 */

    GPIO_SetFunc(GPIOA, GPIO_PIN3, GPIO_FUN1);

    /* USER CODE END PWM2_Init 1 */



    pwmConfig.mode = PWM_MODE_MODULATION;

    pwmConfig.clkSource = PWM_CLK_SOURCE_APB;

    pwmConfig.clkPsc = 0;

    pwmConfig.initValue = 0;

    pwmConfig.maxValue = 4095;

    pwmConfig.overflowInterrupEn = DISABLE;

    pwmConfig.cntOverflowFreq = 0;

    pwmConfig.interruptEn = DISABLE;



    initModeStruct.countMode = PWM_UP_COUNT;

    initModeStruct.deadtime = 0;

    initModeStruct.deadtimePsc = PWM_DEADTIME_DIVID_1;

    initModeStruct.initChOutputEn = ENABLE;

    initModeStruct.initTriggerEn = DISABLE;



    PWM_IndependentChConfig independentChConfig[1];



    /* independent channel 0 configuration */

    independentChConfig[0].channel = PWM_CH_0;

    independentChConfig[0].chValue = 0;

    independentChConfig[0].levelMode = PWM_LOW_TRUE;

    independentChConfig[0].polarity = PWM_OUTPUT_POLARITY_ACTIVE_LOW;

    independentChConfig[0].interruptEn = DISABLE;

    independentChConfig[0].initLevel = PWM_HIGH_LEVEL;

    independentChConfig[0].triggerEn = DISABLE;



    initModeStruct.independentChannelNum = 1;

    initModeStruct.independentChConfig = independentChConfig;



    pwmConfig.initModeStruct = &initModeStruct;



    PWM_Init(PWM2, &pwmConfig);



    /* USER CODE BEGIN PWM2_Init 2 */



    /* USER CODE END PWM2_Init 2 */

}

PWM 占空比设置

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void PWM_motor_ctrl_ouput_duty_val(uint16_t pwm_duty)

{

  PWM_SetChannelCountValue(PWM2, PWM_CH_0, pwm_duty);

}

电机任务是上层应用层接口，调用ADC模块读取ADC数值，写入PWM占空比设置函数。

电机控制任务

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void motor_Task( void *pvParameters )

{

    pvParameters = pvParameters;



    adc_motor_ctrl_input_init();

    PWM_motor_ctrl_output_init();



    while (1) {

        PWM_motor_ctrl_ouput_duty_val( adc_motor_ctrl_get_adc_Val() );

        vTaskDelay( pdMS_TO_TICKS(100) );

    }

}

最终文件结构如下：

演示