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[STM32G4]

高效应用:基于STM32G431的电机控制开发实践

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Bblythe|  楼主 | 2025-1-12 07:31 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
随着嵌入式技术的发展,STMicroelectronics推出的STM32系列以其性能优越、功能丰富而备受开发者青睐。STM32G431作为一款高性能的Cortex-M4内核微控制器,广泛应用于电机控制、工业自动化等领域。本文将以STM32G431为核心,介绍其在电机控制中的开发方法,并提供完整的代码示例。

一、STM32G431的特性简介STM32G431基于Arm Cortex-M4内核,支持以下功能:
  • 高达170 MHz的主频,单周期浮点运算单元(FPU)
  • 高精度的12位ADC和16位PWM输出
  • 内置硬件支持的正弦波调制(Sine PWM)
  • CAN-FD和USB接口,便于工业通信
  • 广泛的低功耗模式,适合能源受限的设备
以上特性使其在电机控制应用中表现优异,尤其是矢量控制(FOC)和无刷直流电机(BLDC)应用。

二、开发环境搭建开发STM32G431应用需要以下工具:
  • 硬件
    • STM32G431 Nucleo开发板
    • 电机驱动板(如ST的X-NUCLEO-IHM08M1)
    • 无刷电机和电源
  • 软件
    • STM32CubeIDE开发环境
    • STM32CubeMX用于外设初始化
    • HAL库和ST Motor Control SDK

三、代码实现以下代码以无刷直流电机控制为例,展示如何配置PWM和ADC,实现基本的速度控制。
#include "main.h"

// PWM和ADC初始化函数
void SystemClock_Config(void);
static void MX_TIM1_Init(void);
static void MX_ADC1_Init(void);

TIM_HandleTypeDef htim1;
ADC_HandleTypeDef hadc1;

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();

    MX_TIM1_Init();
    MX_ADC1_Init();

    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);

    uint32_t adc_value = 0;

    while (1) {
        HAL_ADC_Start(&hadc1);
        if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 1000) == HAL_OK) {
            adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
        }

        // 将ADC值映射到PWM占空比
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, adc_value / 16);
        HAL_Delay(10);
    }
}

void SystemClock_Config(void) {
    // 配置系统时钟为170 MHz
    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

    RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
    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);
}

static void MX_TIM1_Init(void) {
    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};

    htim1.Instance = TIM1;
    htim1.Init.Prescaler = 0;
    htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim1.Init.Period = 1024;
    htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    htim1.Init.RepetitionCounter = 0;

    HAL_TIM_PWM_Init(&htim1);

    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfigOC.Pulse = 0;
    sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;

    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
}

static void MX_ADC1_Init(void) {
    ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

    hadc1.Instance = ADC1;
    hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
    hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    hadc1.Init.ScanConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
    hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;

    HAL_ADC_Init(&hadc1);

    sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
    sConfig.Rank = 1;
    sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_2CYCLES_5;

    HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);
}
四、总结STM32G431凭借高性能和多样化外设支持,为电机控制应用提供了理想的解决方案。通过配置PWM和ADC,可以实现基本的速度控制功能。结合Motor Control SDK,可以进一步优化算法,实现更高效、更精准的控制。

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沙发
公羊子丹| | 2025-1-12 07:32 | 只看该作者
这个PWM调速代码写得很清晰,新手完全可以跟着学!

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板凳
周半梅| | 2025-1-12 07:32 | 只看该作者
STM32G431的ADC速度真的快,适合高性能控制。

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地板
帛灿灿| | 2025-1-12 07:33 | 只看该作者
这段代码的注释部分可以再详细一点,会更友好!

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5
童雨竹| | 2025-1-12 07:34 | 只看该作者
电机控制这块用G431真的很稳,性价比高。

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6
万图| | 2025-1-12 07:34 | 只看该作者
如果能加点异常处理的代码,就更完美了。

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7
Wordsworth| | 2025-1-12 07:34 | 只看该作者
这篇文章对硬件接线部分稍微补充点说明就更好了。

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8
Pulitzer| | 2025-1-12 07:35 | 只看该作者
原来__HAL_TIM_SET_COMPARE这么用,学到了!

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9
Uriah| | 2025-1-12 07:35 | 只看该作者
有没有办法让PWM的分辨率更高呢?感觉输出有点粗。

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10
Clyde011| | 2025-1-12 07:36 | 只看该作者
配套的STM32CubeMX真是神器,节省了不少时间。

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