教你怎样去制作一款无刷电机驱动器？

　　接着上篇，先解释一下为什么会出现“共振”现象
　　假如A1的占空比为25%，B2的占空比为10%，C2的占空比也为10%，我一开始想象的A1和B1之间的信号强度应该是：
　　25% x 10% = 2.5%
　　但是实际远不是这么回事，假如B2的高电平时间范围正好都落在了A1的高电平时间范围中，那么A1到B2的信号的实际占空比就是B2信号的占空比10%。但是如果 B2的高电平时间范围没有完全都落在了A1的高电平时间范围中或者完全没有落在A1的高电平时间范围中的话，A1到B2的有效信号宽度是A1和B2的信号中高电平重叠部分的宽度。比如C2的信号，高电平信号完全落在了A1信号高电平的外部，也就是A1到C2之间根本没有重叠的部分，不会有电流产生，即使A1和C2的占空都比大于0。
　　为了解决这个问题，我的做法是将所有PWM通道初始化之后先不要使能定时器，而是在初始化完所有定时器之后再统一进行定时器的使能，这样几个定时器的使能时间差在几个us的级别，甚至更小（CPU为48MHz主频，执行这几条指令耗时很低，而且将全局中断关闭，防止有中断打断该过程），而PWM信号的频率一般是20KHz，周期为50us，这样可以让PWM信号的初相尽可能一样，这样就能让PWM信号的重叠区域最大，示例程序如下：
　　。。。。。。 TIM1_PWM_Init（255 - 1，10）; //48MHz / 10 / 255 = 18.8KHz TIM3_PWM_Init（255 - 1，10）; TIM14_PWM_Init（255 - 1，10）; 。。。。。。 __disable_irq（）; //关闭全局中断 int tmp1，tmp2，tmp3; tmp1 = TIM1-》CR1 | TIM_CR1_CEN; tmp2 = TIM3-》CR1 | TIM_CR1_CEN; tmp3 = TIM14-》CR1 | TIM_CR1_CEN; TIM1-》CR1 = tmp1; TIM3-》CR1 = tmp2; TIM14-》CR1 = tmp3; __enable_irq（）; //打开全局中断 。。。。。。 测试一下A1、B1、C1的波形相位问题：
　　
　　可以看出来A1和B1的相位差0.25u（因为我的逻辑分析仪的采样率是4MHz，最小分辨率0.25us，所以实际的大小可能是小于0.25us的），已经很小了，但是B1和C1没有相位差，因为B1和C1都是TIM3输出的PWM，肯定没有误差。可以猜测B1和C2差不多也误差0.25us以下，属于可接受范围了，可以使用PWM信号来控制电流大小。实在是缺示波器。
　　下面为了使得PWM信号派上用场，这里对三相波形的细分。三相驱动信号原图为：
　　
　　我们将电流的瞬变改成渐变，如下图的紫色、蓝色、绿色三根：
　　
　　为了提高驱动电流，将t0到t5这6个阶段拆分成t0_1、t0_2、t1_1、t1_2、t2_1、t2_2、t3_1、t3_2、t4_1、t4_2、t5_1、t5_2这12个阶段，每一个单独的阶段中只有一相信号处于渐变状态，其余两相处于满状态（占空比100%），这样就提高了总的电流和扭矩。下图为扩展后的波形图（PS零水平，手绘）：
　　12个阶段的A、B、C相的状态表也在上图中写出来了，根据这个状态表写每个阶段的程序即可：
　　void t0_1（void）{// printf（“A:0-》1 B：-1 C:1rn”）; *A1 = 0; *A2 = 0; *B1 = 0; *B2 = MAX_PWM; *C1 = MAX_PWM; *C2 = 0; int i; for（i=0;i《=MAX_PWM;i++） { *A1 = i; delay_us（INTERVAL）; }}void t0_2（void）{// printf（“A:1 B：-1 C:1-》0rn”）; *A1 = MAX_PWM; *A2 = 0; *B1 = 0; *B2 = MAX_PWM; *C1 = MAX_PWM; *C2 = 0; int i; for（i=0;i《=MAX_PWM;i++） { *C1 = MAX_PWM - i; delay_us（INTERVAL）; }}void t1_1（void）{// printf（“A:1 B：-1 C:0-》-1rn”）; *A1 = MAX_PWM; *A2 = 0; *B1 = 0; *B2 = MAX_PWM; *C1 = 0; *C2 = 0; int i; for（i=0;i《=MAX_PWM;i++） { *C2 = i; delay_us（INTERVAL）; }}void t1_2（void）{// printf（“A:1 B：-1-》0 C：-1rn”）; *A1 = MAX_PWM; *A2 = 0; *B1 = 0; *B2 = MAX_PWM; *C1 = 0; *C2 = MAX_PWM; int i; for（i=0;i《=MAX_PWM;i++） { *B2 = MAX_PWM - i; delay_us（INTERVAL）; }}void t2_1（void）{// printf（“A:1 B:0-》1 C：-1rn”）; *A1 = MAX_PWM; *A2 = 0; *B1 = 0; *B2 = 0; *C1 = 0; *C2 = MAX_PWM; int i; for（i=0;i《=MAX_PWM;i++） { *B1 = i; delay_us（INTERVAL）; }}void t2_2（void）{// printf（“A:1-》0 B:1 C：-1rn”）; *A1 = MAX_PWM; *A2 = 0; *B1 = MAX_PWM; *B2 = 0; *C1 = 0; *C2 = MAX_PWM; int i; for（i=0;i《=MAX_PWM;i++） { *A1 = MAX_PWM - i; delay_us（INTERVAL）; }}void t3_1（void）{// printf（“A:0-》-1 B:1 C：-1rn”）; *A1 = 0; *A2 = 0; *B1 = MAX_PWM; *B2 = 0; *C1 = 0; *C2 = MAX_PWM; int i; for（i=0;i《=MAX_PWM;i++） { *A2 = i; delay_us（INTERVAL）; }}void t3_2（void）{// printf（“A：-1 B:1 C：-1-》0rn”）; *A1 = 0; *A2 = MAX_PWM; *B1 = MAX_PWM; *B2 = 0; *C1 = 0; *C2 = MAX_PWM; int i; for（i=0;i《=MAX_PWM;i++） { *C2 = MAX_PWM - i; delay_us（INTERVAL）; }}void t4_1（void）{// printf（“A：-1 B:1 C:0-》1rn”）; *A1 = 0; *A2 = MAX_PWM; *B1 = MAX_PWM; *B2 = 0; *C1 = 0; *C2 = 0; int i; for（i=0;i《=MAX_PWM;i++） { *C1 = i; delay_us（INTERVAL）; }}void t4_2（void）{// printf（“A：-1 B:1-》0 C:1rn”）; *A1 = 0; *A2 = MAX_PWM; *B1 = MAX_PWM; *B2 = 0; *C1 = MAX_PWM; *C2 = 0; int i; for（i=0;i《=MAX_PWM;i++） { *B1 = MAX_PWM - i; delay_us（INTERVAL）; }}void t5_1（void）{// printf（“A：-1 B:0-》-1 C:1rn”）; *A1 = 0; *A2 = MAX_PWM; *B1 = 0; *B2 = 0; *C1 = MAX_PWM; *C2 = 0; int i; for（i=0;i《=MAX_PWM;i++） { *B2 = i; delay_us（INTERVAL）; }}void t5_2（void）{// printf（“A：-1-》0 B：-1 C:1rn”）; *A1 = 0; *A2 = MAX_PWM; *B1 = 0; *B2 = MAX_PWM; *C1 = MAX_PWM; *C2 = 0; int i; for（i=0;i《=MAX_PWM;i++） { *A2 = MAX_PWM - i; delay_us（INTERVAL）; }} 主程序按顺序调用这12个函数：
　　//设置所有桥臂为无输出。注意IO_X1和IO_X2信号不可以同时为高， //否则会导致桥臂短路，容易烧坏MOS管，同时在程序中最好先将为0的 //信号先设置为0，然后再设置不为0的信号，这样可以避免短路。 *A1 = 0; *A2 = 0; *B1 = 0; *B2 = 0; *C1 = 0; *C2 = 0; #define INTERVAL 10 //PWM上升下降间隔时间 #define MAX_PWM 255 //处于t5状态，并维持一段时间，保证可靠处于t5状态 printf（“Readyrn”）; { //t5:CB printf（“t5:CBrn”）; *A1 = 0; *A2 = 0; *C1 = MAX_PWM; *C2 = 0; *B1 = 0; *B2 = MAX_PWM; } delay_ms（200）; while（1） { t0_1（）;// printf（“0_1rn”）; delay_ms（2000）; t0_2（）;// printf（“0_2rn”）; delay_ms（2000）; t1_1（）;// printf（“1_1rn”）; delay_ms（2000）; t1_2（）;// printf（“1_2rn”）; delay_ms（2000）; t2_1（）;// printf（“2_1rn”）; delay_ms（2000）; t2_2（）;// printf（“2_2rn”）; delay_ms（2000）; t3_1（）;// printf（“3_1rn”）; delay_ms（2000）; t3_2（）;// printf（“3_2rn”）; delay_ms（2000）; t4_1（）;// printf（“4_1rn”）; delay_ms（2000）; t4_2（）;// printf（“4_2rn”）; delay_ms（2000）; t5_1（）;// printf（“5_1rn”）; delay_ms（2000）; t5_2（）;// printf（“5_2rn”）; delay_ms（2000）; } 这里的INTERVAL是上升延时，和上篇文章中的不是一个含义。调整INTERVAL的大小可以改变转速，程序运行的不错，电机比之前运行丝滑很多，和某巧克力一样。
　　程序可以停在12个阶段中的任意一个阶段中的任意一个状态，所以可以实现和步进电机一样的步进控制，调大INTERVAL到1000以以上就能看出电机慢慢的转动的现象了，但是不如步进电机，老是会有“突变”的现象，可能就是无刷电机结构问题导致的，因为无刷电机一开始就没这么用的。。。。。。
　　再来改一下程序，如下：
　　void go_stage（int stage）{ if（stage == 0） { *A1 = 0; *A2 = 0; *B1 = 0; *B2 = MAX_PWM; *C1 = MAX_PWM; *C2 = 0; } else if（stage == 1） { *A1 = MAX_PWM; *A2 = 0; *B1 = 0; *B2 = MAX_PWM; *C1 = MAX_PWM; *C2 = 0; } else if（stage == 2） { *A1 = MAX_PWM; *A2 = 0; *B1 = 0; *B2 = MAX_PWM; *C1 = 0; *C2 = 0; } else if（stage == 3） { *A1 = MAX_PWM; *A2 = 0; *B1 = 0; *B2 = MAX_PWM; *C1 = 0; *C2 = MAX_PWM; } else if（stage == 4） { *A1 = MAX_PWM; *A2 = 0; *B1 = 0; *B2 = 0; *C1 = 0; *C2 = MAX_PWM; } else if（stage == 5） { *A1 = MAX_PWM; *A2 = 0; *B1 = MAX_PWM; *B2 = 0; *C1 = 0; *C2 = MAX_PWM; } else if（stage == 6） { *A1 = 0; *A2 = 0; *B1 = MAX_PWM; *B2 = 0; *C1 = 0; *C2 = MAX_PWM; } else if（stage == 7） { *A1 = 0; *A2 = MAX_PWM; *B1 = MAX_PWM; *B2 = 0; *C1 = 0; *C2 = MAX_PWM; } else if（stage == 8） { *A1 = 0; *A2 = MAX_PWM; *B1 = MAX_PWM; *B2 = 0; *C1 = 0; *C2 = 0; } else if（stage == 9） { *A1 = 0; *A2 = MAX_PWM; *B1 = MAX_PWM; *B2 = 0; *C1 = MAX_PWM; *C2 = 0; } else if（stage == 10） { *A1 = 0; *A2 = MAX_PWM; *B1 = 0; *B2 = 0; *C1 = MAX_PWM; *C2 = 0; } else if（stage == 11） { *A1 = 0; *A2 = MAX_PWM; *B1 = 0; *B2 = MAX_PWM; *C1 = MAX_PWM; *C2 = 0; }}void main（void）{ 。。。。。。 //设置所有桥臂为无输出。注意IO_X1和IO_X2信号不可以同时为高， //否则会导致桥臂短路，容易烧坏MOS管，同时在程序中最好先将为0的 //信号先设置为0，然后再设置不为0的信号，这样可以避免短路。 *A1 = 0; *A2 = 0; *B1 = 0; *B2 = 0; *C1 = 0; *C2 = 0; #define INTERVAL 10 //PWM上升下降间隔时间 #define MAX_PWM 255 printf（“Readyrn”）; stage = 0; go_stage（stage）; delay_ms（200）; direction = 0; //控制转动方向 stage = 0; //当前阶段 offset = 0; //阶段中偏移 while（1） { if（direction == 0） //顺时针 { offset++; if（offset == MAX_PWM + 1） //换相 { offset= 0; stage++; if（stage == 12） stage = 0; go_stage（stage）; } } else { if（offset == 0） //换相 { offset= 255; if（stage == 0） stage = 11; else stage--; go_stage（stage）; } else offset--; } switch（stage） { case 0 ：*A1 = offset; break; case 1 ：*C1 = MAX_PWM - offset; break; case 2 ：*C2 = offset; break; case 3 ：*B2 = MAX_PWM - offset; break; case 4 ：*B1 = offset; break; case 5 ：*A1 = MAX_PWM - offset; break; case 6 ：*A2 = offset; break; case 7 ：*C2 = MAX_PWM - offset; break; case 8 ：*C1 = offset; break; case 9 ：*B1 = MAX_PWM - offset; break; case 10 ：*B2 = offset; break; case 11 ：*A2 = MAX_PWM - offset; break; } delay_us（INTERVAL）; }} 通过调整direction和INTERVAL的值可以修改转动方向和转动速度，改变MAX_PWM可以调整电流大小。抓取一下波形看看6个通道的PWM信号的12个阶段，其中白色的部分是PWM信号：
　　以第一个阶段也就是程序里面的 t0_1 阶段为例，6个通道首先处于 t5:CB 的初始化状态，然后A1通道从0%到100%渐变，A2通道为0%，B1、B2、C1、C2分别为0%、100%、100%、0%，和我们设计的波形是一样的。
　　程序里面可以把PWM的细分数降低，我改成（10 - 1）（这里 -1 是为了当PWM取值10时占空比为100%，与具体单片机内部定时器的PWM实现机制相关），然后将分频数增加到500，因为没必要细分那么多级，MAX_PWM的取值范围为 0 到 10 ，这样INTERVAL的值也可以放大到 ms 级别，可以放在一个定时时间为INTERVAL的定时器中断中来处理电机的驱动，如果INTERVAL很小的话，会导致一直在定时器中断中出不来，示例程序：
　　TIM1_PWM_Init（10 - 1，500）; //48M / 500 / 10 = 9.6KHz TIM3_PWM_Init（10 - 1，500）; TIM14_PWM_Init（10 - 1，500）; #define INTERVAL 1000 //PWM上升下降间隔时间 #define MAX_PWM 10 然后我将电机驱动电压改成12V的电源，调整MAX_PWM的值分别测量电流大小，我测试使用电机在满PWM的时候能达到3A的电流，在50%的占空比的时候电流为0.4A左右。不通电机和供电电压需要匹配不同的INTERVAL和MAX_PWM的值才能转的好。