使用 STM32G431 实现 PWM 控制风扇速度的详细教程

只看该作者 · 2024-12-7 07:39

在电子产品设计中，精确地控制直流风扇的转速是一个常见需求，特别是在散热管理和功耗优化中。本文将以 STM32G431 微控制器为例，讲解如何通过 PWM（脉宽调制）信号来实现风扇转速的精确控制。STM32G431 是一款基于 ARM Cortex-M4 内核的高性能 MCU，具有丰富的外设资源，适合用于实时控制和电机驱动等应用。

1. 硬件连接在实际连接中，风扇的 PWM 控制引脚需要与 STM32 的一个定时器输出通道相连，同时为风扇提供合适的电源。下面是一个典型的连接方法：

STM32G431 的 TIM1_CH1 引脚连接到风扇的 PWM 输入引脚。
风扇电源通过稳压电路供电（例如 12V）。
地线需与 MCU 共地。

2. 配置思路实现风扇转速控制的关键是生成合适的 PWM 信号，控制步骤如下：

配置 STM32 的时钟，确保定时器运行在合适频率。
初始化 TIM1 定时器，将其设置为 PWM 模式。
设置 PWM 的占空比，根据占空比调整风扇转速。
编写代码实现风扇速度的动态调整。

3. 代码实现以下代码展示了如何使用 STM32CubeMX 生成初始化代码，并基于 HAL 库实现风扇的 PWM 控制。

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#include "main.h"



// 定义 PWM 占空比变量

uint16_t pwmDutyCycle = 50; // 初始占空比为 50%



void SystemClock_Config(void);

static void MX_GPIO_Init(void);

static void MX_TIM1_Init(void);



// TIM1 句柄定义

TIM_HandleTypeDef htim1;



int main(void) {

    HAL_Init();

    SystemClock_Config();

    MX_GPIO_Init();

    MX_TIM1_Init();



    // 启动 TIM1 PWM 输出

    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);



    while (1) {

        // 模拟调整 PWM 占空比

        for (pwmDutyCycle = 0; pwmDutyCycle <= 100; pwmDutyCycle += 10) {

            __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, pwmDutyCycle);

            HAL_Delay(500); // 每次调整后延迟 500ms

        }

    }

}



static void MX_TIM1_Init(void) {

    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};

    

    htim1.Instance = TIM1;

    htim1.Init.Prescaler = 80 - 1; // 80 MHz 主频分频到 1 MHz

    htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;

    htim1.Init.Period = 100 - 1; // PWM 频率为 10 kHz

    htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;

    htim1.Init.RepetitionCounter = 0;

    HAL_TIM_PWM_Init(&htim1);



    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;

    sConfigOC.Pulse = 50; // 初始占空比为 50%

    sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;

    sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;

    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);

}



static void MX_GPIO_Init(void) {

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // 启用 GPIOA 时钟

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8; // TIM1_CH1 对应的引脚

    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;

    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;

    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;

    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF1_TIM1;

    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

}



void SystemClock_Config(void) {

    // 配置时钟，具体配置根据需求调整

    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};

    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};



    RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;

    RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;

    RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;

    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;

    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI;

    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 1;

    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 8;

    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV7;

    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = RCC_PLLQ_DIV2;

    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2;

    HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);



    RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK |

                                  RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;

    RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;

    RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;

    RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

    RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

    HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_4);

}