高效设计：STM32G431在电机控制中的应用

只看该作者 · 2024-12-10 07:44

随着嵌入式技术的迅速发展，微控制器（MCU）在工业控制领域的应用变得越来越广泛。STM32系列MCU以其高性能和灵活的外设配置在电机控制领域占据了一席之地。本文将以STM32G431为例，探讨其在电机控制中的应用，并提供一个简单的代码实现。
STM32G431的优势STM32G431属于STMicroelectronics的STM32G4系列，该系列定位于高性能控制，尤其适合电机控制和电源转换应用。它的主要特点包括：

Cortex-M4内核：运行频率高达170 MHz，支持DSP指令和浮点运算，满足复杂算法需求。
丰富的外设：包括高级定时器、12位ADC和DAC、CAN总线等，适合多种工业控制场景。
硬件加速单元：集成CORDIC和滤波器矩阵，加速了三角函数和滤波算法的执行。
低功耗特性：支持多种低功耗模式，适合便携式设备和长时间运行场景。

电机控制的实现在电机控制中，FOC（Field-Oriented Control，磁场定向控制）是一种常用的控制算法，能够显著提升电机运行效率和精度。STM32G431通过其高级定时器和ADC模块，能够高效实现FOC算法。
下面是一个简单的实现代码，展示如何使用STM32G431读取霍尔传感器数据，并生成PWM信号控制电机。
示例代码

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#include "stm32g4xx_hal.h"



// 定义PWM信号的初始参数

#define PWM_PERIOD 1000

#define PWM_PULSE 500



// 定义变量

TIM_HandleTypeDef htim1;

ADC_HandleTypeDef hadc1;



// 初始化定时器用于生成PWM信号

void MX_TIM1_Init(void) {

    __HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE();

    htim1.Instance = TIM1;

    htim1.Init.Prescaler = 0;

    htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;

    htim1.Init.Period = PWM_PERIOD - 1;

    htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;

    htim1.Init.RepetitionCounter = 0;

    HAL_TIM_PWM_Init(&htim1);



    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;

    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;

    sConfigOC.Pulse = PWM_PULSE;

    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;



    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);

}



// 初始化ADC用于读取霍尔传感器数据

void MX_ADC1_Init(void) {

    __HAL_RCC_ADC12_CLK_ENABLE();

    hadc1.Instance = ADC1;

    hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_ASYNC_DIV1;

    hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;

    hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;

    hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;

    hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;

    hadc1.Init.LowPowerAutoWait = DISABLE;

    HAL_ADC_Init(&hadc1);

}



// 主函数

int main(void) {

    HAL_Init();

    SystemClock_Config();



    // 初始化外设

    MX_TIM1_Init();

    MX_ADC1_Init();



    // 启动PWM

    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);



    // 循环读取ADC并调整PWM

    uint32_t adc_value;

    while (1) {

        HAL_ADC_Start(&hadc1);

        if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 10) == HAL_OK) {

            adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);

            __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, adc_value / 16);

        }

        HAL_Delay(10);

    }

}



// 时钟配置函数

void SystemClock_Config(void) {

    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 = 10;

    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);

}