[STM32G4] 高效设计:STM32G431在电机控制中的应用

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 楼主| Uriah 发表于 2024-12-10 07:44 | 显示全部楼层 |阅读模式
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
  1. #include "stm32g4xx_hal.h"

  2. // 定义PWM信号的初始参数
  3. #define PWM_PERIOD 1000
  4. #define PWM_PULSE 500

  5. // 定义变量
  6. TIM_HandleTypeDef htim1;
  7. ADC_HandleTypeDef hadc1;

  8. // 初始化定时器用于生成PWM信号
  9. void MX_TIM1_Init(void) {
  10.     __HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE();
  11.     htim1.Instance = TIM1;
  12.     htim1.Init.Prescaler = 0;
  13.     htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  14.     htim1.Init.Period = PWM_PERIOD - 1;
  15.     htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  16.     htim1.Init.RepetitionCounter = 0;
  17.     HAL_TIM_PWM_Init(&htim1);

  18.     TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;
  19.     sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
  20.     sConfigOC.Pulse = PWM_PULSE;
  21.     sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
  22.     sConfigOC.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_HIGH;
  23.     sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
  24.     sConfigOC.OCIdleState = TIM_OCIDLESTATE_RESET;
  25.     sConfigOC.OCNIdleState = TIM_OCNIDLESTATE_RESET;

  26.     HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
  27. }

  28. // 初始化ADC用于读取霍尔传感器数据
  29. void MX_ADC1_Init(void) {
  30.     __HAL_RCC_ADC12_CLK_ENABLE();
  31.     hadc1.Instance = ADC1;
  32.     hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_ASYNC_DIV1;
  33.     hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
  34.     hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  35.     hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
  36.     hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
  37.     hadc1.Init.LowPowerAutoWait = DISABLE;
  38.     HAL_ADC_Init(&hadc1);
  39. }

  40. // 主函数
  41. int main(void) {
  42.     HAL_Init();
  43.     SystemClock_Config();

  44.     // 初始化外设
  45.     MX_TIM1_Init();
  46.     MX_ADC1_Init();

  47.     // 启动PWM
  48.     HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);

  49.     // 循环读取ADC并调整PWM
  50.     uint32_t adc_value;
  51.     while (1) {
  52.         HAL_ADC_Start(&hadc1);
  53.         if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 10) == HAL_OK) {
  54.             adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
  55.             __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, adc_value / 16);
  56.         }
  57.         HAL_Delay(10);
  58.     }
  59. }

  60. // 时钟配置函数
  61. void SystemClock_Config(void) {
  62.     RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  63.     RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  64.     RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
  65.     RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  66.     RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
  67.     RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  68.     RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI;
  69.     RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 1;
  70.     RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 10;
  71.     RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV7;
  72.     RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = RCC_PLLQ_DIV2;
  73.     RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2;
  74.     HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);

  75.     RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK |
  76.                                   RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  77.     RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  78.     RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  79.     RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  80.     RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  81.     HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_4);
  82. }
代码说明
  • 初始化了定时器TIM1以生成PWM信号。
  • 使用ADC1读取霍尔传感器的输出数据。
  • 根据传感器数据动态调整PWM占空比,以控制电机转速。
总结STM32G431凭借其高性能的Cortex-M4内核和丰富的外设支持,是工业电机控制中的优质选择。本示例展示了基本的PWM控制和传感器读取功能,实际应用中可以进一步优化算法,如加入PID控制或实现闭环系统。

公羊子丹 发表于 2024-12-10 07:45 | 显示全部楼层
这代码写得很清楚,新手也能轻松上手!
周半梅 发表于 2024-12-10 07:45 | 显示全部楼层
我正想试试STM32G431,这篇文章来得正是时候。
帛灿灿 发表于 2024-12-10 07:46 | 显示全部楼层
原来用高级定时器做PWM这么简单,学到了!
童雨竹 发表于 2024-12-10 07:46 | 显示全部楼层
感觉这芯片很适合做电机控制,太强大了!
万图 发表于 2024-12-10 07:49 | 显示全部楼层
如果能再加个闭环控制的例子就更棒了。
Wordsworth 发表于 2024-12-10 07:49 | 显示全部楼层
写得很细致,感谢分享!赶紧动手实践一下。
Wordsworth 发表于 2024-12-10 07:49 | 显示全部楼层
ST的这款MCU确实给力,价格也合理。
Pulitzer 发表于 2024-12-10 07:50 | 显示全部楼层
啊哈,终于知道怎么用ADC调整PWM了,真不错!
Bblythe 发表于 2024-12-10 07:51 | 显示全部楼层
希望以后多写点关于STM32G431的高级应用。
Clyde011 发表于 2024-12-10 07:51 | 显示全部楼层
感觉这文章特别适合做小项目参考,受益匪浅!
AloneKaven 发表于 2024-12-10 12:20 | 显示全部楼层
G系列是专为电机控制而生的吗
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