如何利用tb6612fng来驱动stm32制作的巡线小车？

我又回来了！周末终于有时间做小车的项目了！这一次是难度最大，最复杂的电机驱动篇了，只要写完电机驱动程序，我们就完成了小车的基础服务函数的编写，就已经可以具备进行编写巡线逻辑与整车测试的条件了！然而，这一篇难度也是非常的大啊，这让我感到压力山大…
吐槽归吐槽，该做还是要做的。让我们一起加油吧。
我采用的是东芝的tb6612fng芯片来驱动电机，因为单片机驱动不了电机这种大电流部件（呜呜呜，好麻烦）。在此我先介绍一下这个电机模块吧。
（部分图片及文字来自https://blog.csdn.net/qq_38721302/article/details/83447870，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议）
该模块最大输入电压为15V，最大输出电流为1.2A（平均），可以设置电机正反转。以下是这个芯片的图片。








焊得很丑，而且歪了，实在丢人…[捂脸]
可以看见该电机驱动模块有很多引脚，下面让我用图片来解释以下这些引脚有什么作用。




VM需要连接外部电源（电池），vcc和gnd就不用说了，其中要注意的是STBY需要置于高电平（或者接上3.3-5V的引脚）模块才可以正常工作。AO1、AO2、BO1、BO2都是输出（out）的模块，可以a和b可以分别控制一个电机，因此，一个驱动模块可以控制两个电机的运动，算是功能强大的模块了。
电机的运动方式和速度分别由IN引脚（AIN1，AIN2，BIN1，BIN2）与PWM（PWMA，PWMB）控制。通过两个IN口的高低电平设置可以控制前进停止与后退（如下图）





而通过调节PWM的占空比可以调节电机的转速。
由于还没有做出来，我先猜测pwm高电平时间越长，电机转速就越快（不负责任的猜想哈）
接下来应该想的是怎么接线了。接线真的是一个令人头疼的问题啊，单片机的5v和gnd线根本不够，这个芯片还要外接电源，所以只能想办法扩展5v和gnd的接口。
于是，左思右想，我搞成了这个样子。




使用面包板和排针扩展5v和gnd的数量。经过万用表的测量，这些接口确实能够使用。希望这些接口够用。
了解了芯片的作用之后，就应该开始考虑编写程序了。
首先考虑定时器模块，我将其命名为pwm_timer，用来与上篇的timer进行区分。pwm_timer的设置大体与上一篇的设置差不多，但是要注意的是，在这个文件中需要设置的不再是TIM_ITConfig与NVIC中断，而是TIM_OCxInit（如TIM_OC1Init)。同时，这次需要使能预装载寄存器（关于预装载寄存器的知识，建议百度影子寄存器与预装载寄存器）。
接下来就是电机驱动模块的函数编写。编写电机驱动模块的函数首先需要设置的参数，初步考虑应该有这些：

• PWMA输出引脚
  
• PWMB输出引脚
  
• AIN1输出引脚
  
• AIN2输出引脚
  
• BN1输出引脚
  
• BN2输出引脚
  
• PWMA对应时钟
  
• PWMB对应时钟
  目前来看，参数应该够，不够再加。开始写car_drive.c!
  相对于第三篇（测速），GPIO的设置会多很多，所以我把GPIO的设置单独写成了一个函数，只用传入gpio的名字，引脚与模式，就可以使能相应gpio。这样一来，就没有必要像第三篇那样子采用结构体的方式传入参数了，可以直接采用gpio设置函数+宏定义的方式。
  如以下代码所示：
  
  

#car_driver.h（部分）


// 参数：GPIOx，Pin，Mode
// 对应MyGPIO_Set函数
#define PWMA_GPIO GPIOB
#define PWMA_Pin GPIO_Pin_0
#define PWMA_init PWMA_GPIO, PWMA_Pin, GPIO_Mode_AF_PP


#define PWMB_GPIO GPIOB
#define PWMB_Pin GPIO_Pin_1
#define PWMB_init PWMB_GPIO, PWMB_Pin, GPIO_Mode_AF_PP


#define AIN1_GPIO GPIOB
#define AIN1_Pin GPIO_Pin_3
#define AIN1_init AIN1_GPIO, AIN1_Pin, GPIO_Mode_Out_PP


#define AIN2_GPIO GPIOB
#define AIN2_Pin GPIO_Pin_4
#define AIN2_init AIN2_GPIO, AIN2_Pin, GPIO_Mode_Out_PP


#define BIN1_GPIO GPIOB
#define BIN1_Pin GPIO_Pin_5
#define BIN1_init BIN1_GPIO, BIN1_Pin, GPIO_Mode_Out_PP


#define BIN2_GPIO GPIOB
#define BIN2_Pin GPIO_Pin_6
#define BIN2_init BIN2_GPIO, BIN2_Pin, GPIO_Mode_Out_PP
接下来是设置定时器输出通道，调用pwm_timer的函数进行设置。这个比较简单，就不再详述了。




经过模拟（使用测试代码），确认可以正常输出pwm波，可以继续写下去了。
开始写驱动服务函数了，我希望这个服务函数能够比较强大——能够输入正负的速度值，正速度值代表正转，负数的代表反转，零代表停止。
这个服务函数CarControl有两个参数，第一设置哪一个电机，第二个设置电机速度。通过if条件判断是否前进（停止），输入值限制在±7199（即arr的最大值）以内，超过范围的会被限制到范围的最大值（最小值）。接下来通过TIM_SetComparex(如TIM_SetCompare1)来设置比较值，这个关系到pwm的占空比，也正是通过占空比来控制电机的速度。
但是，需要注意的是，当输入的速度小于某一个值时（该值大于0），电机可能就会停止转动，因为pwm波映射的输出引脚的电压已经不足以驱动电机了。由于会出现这种情况，所以在接下来应该测试这个最小pwm占空比的大小。但是我在这篇文章就不做了（没有时间，还要复习预习，呜呜呜）。
最终的服务函数大概长这样子：

void CarControl(int which_motor, int input_motor_speed)
{
    // 速度输入合理性判断
    if (input_motor_speed < -PwmTIMER_Base_arr)
    {
        input_motor_speed = -PwmTIMER_Base_arr;
    }
    else if (input_motor_speed > PwmTIMER_Base_arr)
    {
        input_motor_speed = PwmTIMER_Base_arr;
    }


    if (input_motor_speed == 0)
    {
        if (which_motor == MOTORA)
        {
            GPIO_ResetBits(AIN1_GPIO, AIN1_Pin);
            GPIO_ResetBits(AIN2_GPIO, AIN2_Pin);
        }
        else if (which_motor == MOTORB)
        {
            GPIO_ResetBits(BIN1_GPIO, BIN1_Pin);
            GPIO_ResetBits(BIN2_GPIO, BIN2_Pin);
        }
    }
    else if (input_motor_speed > 0)
    {
        if (which_motor == MOTORA)
        {
            GPIO_SetBits(AIN1_GPIO, AIN1_Pin);
            GPIO_ResetBits(AIN2_GPIO, AIN2_Pin);
            if (PWMA_OC == TIMER_OC1)TIM_SetCompare1(PWM_timer, input_motor_speed);
            else if (PWMA_OC == TIMER_OC2)TIM_SetCompare2(PWM_timer, input_motor_speed);
            else if (PWMA_OC == TIMER_OC3)TIM_SetCompare3(PWM_timer, input_motor_speed);
            else if (PWMA_OC == TIMER_OC4)TIM_SetCompare4(PWM_timer, input_motor_speed);
        }
        else if (which_motor == MOTORB)
        {
            GPIO_SetBits(BIN1_GPIO, BIN1_Pin);
            GPIO_ResetBits(BIN2_GPIO, BIN2_Pin);
            if (PWMB_OC == TIMER_OC1)TIM_SetCompare1(PWM_timer, input_motor_speed);
            else if (PWMB_OC == TIMER_OC2)TIM_SetCompare2(PWM_timer, input_motor_speed);
            else if (PWMB_OC == TIMER_OC3)TIM_SetCompare3(PWM_timer, input_motor_speed);
            else if (PWMB_OC == TIMER_OC4)TIM_SetCompare4(PWM_timer, input_motor_speed);
        }
      
    }
    else if (input_motor_speed < 0)
    {
        if (which_motor == MOTORA)
        {
            GPIO_ResetBits(AIN1_GPIO, AIN1_Pin);
            GPIO_SetBits(AIN2_GPIO, AIN2_Pin);
            if (PWMA_OC == TIMER_OC1)TIM_SetCompare1(PWM_timer, -input_motor_speed);
            else if (PWMA_OC == TIMER_OC2)TIM_SetCompare2(PWM_timer, -input_motor_speed);
            else if (PWMA_OC == TIMER_OC3)TIM_SetCompare3(PWM_timer, -input_motor_speed);
            else if (PWMA_OC == TIMER_OC4)TIM_SetCompare4(PWM_timer, -input_motor_speed);
        }
        else if (which_motor == MOTORB)
        {
            GPIO_ResetBits(BIN1_GPIO, BIN1_Pin);
            GPIO_SetBits(BIN2_GPIO, BIN2_Pin);
            if (PWMB_OC == TIMER_OC1)TIM_SetCompare1(PWM_timer, -input_motor_speed);
            else if (PWMB_OC == TIMER_OC2)TIM_SetCompare2(PWM_timer, -input_motor_speed);
            else if (PWMB_OC == TIMER_OC3)TIM_SetCompare3(PWM_timer, -input_motor_speed);
            else if (PWMB_OC == TIMER_OC4)TIM_SetCompare4(PWM_timer, -input_motor_speed);
        }


    }
}
经过测试，单片机可以正常运行。接下来放代码了。

#pwm_timer.h


#ifndef __PWM_TIMER_H
#define __PWM_TIMER_H
#include "stm32f10x.h"


void PwmTIMER_BaseSet(TIM_TypeDef* base_input_TIMx, u16 arr, u16 psc);  // 基时设置
void PwmTIMER_Init(TIM_TypeDef* input_TIMx, int TIMER_OCx);  // pwm初始化函数


#if (!defined TIMER_reset_ENABLE) && (!defined TIMER_reset_DISABLE)
void TIMER_Stop(TIM_TypeDef* input_TIMx, int flag);
void TIMER_Start(TIM_TypeDef* input_TIMx);
#endif


#ifndef TIMER_reset_ENABLE
#define TIMER_reset_ENABLE 0
#endif


#ifndef TIMER_reset_DISABLE
#define TIMER_reset_DISABLE 1
#endif


#define PwmTIMER_Base_arr 7199
#define PwmTIMER_Base_psc 0
#define PwmTIMER_Base PwmTIMER_Base_arr, PwmTIMER_Base_psc    // 对应10kHz
#define TIMER_OC1 1
#define TIMER_OC2 2
#define TIMER_OC3 3
#define TIMER_OC4 4


#endif
#pwm_timer.c


#include "stm32f10x.h"
#include "pwm_timer.h"


void PwmTIMER_BaseSet(TIM_TypeDef* base_input_TIMx, u16 arr, u16 psc)
{
    // arr计时器初值，psc分频系数
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_base_init_set;


    TIM_base_init_set.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_base_init_set.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_base_init_set.TIM_Period = arr;
    TIM_base_init_set.TIM_Prescaler = psc;
       
        TIM_TimeBaseInit(base_input_TIMx, &TIM_base_init_set);
}


void PwmTIMER_Init(TIM_TypeDef* input_TIMx, int TIMER_OCx)
{
    TIM_OCInitTypeDef TIMER_pwm_init_set;


    // 使能定时器时钟
    if (input_TIMx == TIM2)
            RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);


    else if (input_TIMx == TIM3)
        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);


    else if (input_TIMx == TIM4)
        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);


    if (input_TIMx -> ARR == 0 || input_TIMx->PSC == 0)PwmTIMER_BaseSet(input_TIMx, PwmTIMER_Base);


    TIMER_pwm_init_set.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;    // 小于为有效电平
    TIMER_pwm_init_set.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;    // pwm输出开启
    TIMER_pwm_init_set.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;    // 有效时高电平
   
    if (TIMER_OCx == TIMER_OC1)
    {
        TIM_OC1Init(input_TIMx, &TIMER_pwm_init_set);
        TIM_OC1PreloadConfig(input_TIMx, TIM_OCPreload_Enable);
    }   
    else if (TIMER_OCx == TIMER_OC2)
    {
        TIM_OC2Init(input_TIMx, &TIMER_pwm_init_set);
        TIM_OC2PreloadConfig(input_TIMx, TIM_OCPreload_Enable);
    }
    else if (TIMER_OCx == TIMER_OC3)
    {
        TIM_OC3Init(input_TIMx, &TIMER_pwm_init_set);
        TIM_OC3PreloadConfig(input_TIMx, TIM_OCPreload_Enable);
    }
    else if (TIMER_OCx == TIMER_OC4)
    {
        TIM_OC4Init(input_TIMx, &TIMER_pwm_init_set);
        TIM_OC4PreloadConfig(input_TIMx, TIM_OCPreload_Enable);
    }


    TIM_Cmd(input_TIMx, ENABLE);
}


void TIMER_Stop(TIM_TypeDef* input_TIMx, int flag)
{
    TIM_Cmd(input_TIMx, DISABLE);
    if (flag == TIMER_reset_ENABLE)TIM_SetCounter(input_TIMx, 0);
}


void TIMER_Start(TIM_TypeDef* input_TIMx)
{
    TIM_Cmd(input_TIMx, ENABLE);
}
#car_driver.h


#ifndef CAR_DRIVER_H
#define CAR_DRIVER_H
#include "stm32f10x.h"
#include "pwm_timer.h"




// 参数：GPIOx，Pin，Mode
// 对应MyGPIO_Set函数
#define PWMA_GPIO GPIOB
#define PWMA_Pin GPIO_Pin_0
#define PWMA_init PWMA_GPIO, PWMA_Pin, GPIO_Mode_AF_PP


#define PWMB_GPIO GPIOB
#define PWMB_Pin GPIO_Pin_1
#define PWMB_init PWMB_GPIO, PWMB_Pin, GPIO_Mode_AF_PP


#define AIN1_GPIO GPIOB
#define AIN1_Pin GPIO_Pin_3
#define AIN1_init AIN1_GPIO, AIN1_Pin, GPIO_Mode_Out_PP


#define AIN2_GPIO GPIOB
#define AIN2_Pin GPIO_Pin_4
#define AIN2_init AIN2_GPIO, AIN2_Pin, GPIO_Mode_Out_PP


#define BIN1_GPIO GPIOB
#define BIN1_Pin GPIO_Pin_5
#define BIN1_init BIN1_GPIO, BIN1_Pin, GPIO_Mode_Out_PP


#define BIN2_GPIO GPIOB
#define BIN2_Pin GPIO_Pin_6
#define BIN2_init BIN2_GPIO, BIN2_Pin, GPIO_Mode_Out_PP






#define PWM_timer TIM3
#define PWMA_OC TIMER_OC3  // 即TIMx_CH3
#define PWMB_OC TIMER_OC4  // 即TIMx_CH4


void CarDriverSet(void);
void CarControl(int which_motor, int input_motor_speed);


#define MOTORA 1
#define MOTORB 2


#endif
#car_driver.c


#include "stm32f10x.h"
#include "car_driver.h"


// 初始化相应引脚
void MyGPIO_Set(GPIO_TypeDef* input_GPIOx, uint16_t input_Pin, GPIOMode_TypeDef input_Mode)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_init_set;


    if (input_GPIOx == GPIOA)
                RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);


        else if (input_GPIOx == GPIOB)
            RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);


        else if (input_GPIOx == GPIOC)
            RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);


        else if (input_GPIOx == GPIOD)
            RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);


    GPIO_init_set.GPIO_Mode = input_Mode;
    GPIO_init_set.GPIO_Pin = input_Pin;
    GPIO_init_set.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(input_GPIOx, &GPIO_init_set);
}


void CarDriverSet(void)
{
    MyGPIO_Set(PWMA_init);
    MyGPIO_Set(PWMB_init);
    MyGPIO_Set(AIN1_init);
    MyGPIO_Set(AIN2_init);
    MyGPIO_Set(BIN1_init);
    MyGPIO_Set(BIN2_init);


    PwmTIMER_Init(PWM_timer, PWMA_OC);
    PwmTIMER_Init(PWM_timer, PWMB_OC);


    TIM_SetCompare3(PWM_timer, 0);
    TIM_SetCompare4(PWM_timer, 0);


    // 默认电机1停止
    GPIO_ResetBits(AIN1_GPIO, AIN1_Pin);
    GPIO_ResetBits(AIN2_GPIO, AIN2_Pin);


    // 默认电机2停止
    GPIO_ResetBits(BIN1_GPIO, BIN1_Pin);
    GPIO_ResetBits(BIN2_GPIO, BIN2_Pin);
}


void CarControl(int which_motor, int input_motor_speed)
{
    // 速度输入合理性判断
    if (input_motor_speed < -PwmTIMER_Base_arr)
    {
        input_motor_speed = -PwmTIMER_Base_arr;
    }
    else if (input_motor_speed > PwmTIMER_Base_arr)
    {
        input_motor_speed = PwmTIMER_Base_arr;
    }


    if (input_motor_speed == 0)
    {
        if (which_motor == MOTORA)
        {
            GPIO_ResetBits(AIN1_GPIO, AIN1_Pin);
            GPIO_ResetBits(AIN2_GPIO, AIN2_Pin);
        }
        else if (which_motor == MOTORB)
        {
            GPIO_ResetBits(BIN1_GPIO, BIN1_Pin);
            GPIO_ResetBits(BIN2_GPIO, BIN2_Pin);
        }
    }
    else if (input_motor_speed > 0)
    {
        if (which_motor == MOTORA)
        {
            GPIO_SetBits(AIN1_GPIO, AIN1_Pin);
            GPIO_ResetBits(AIN2_GPIO, AIN2_Pin);
            if (PWMA_OC == TIMER_OC1)TIM_SetCompare1(PWM_timer, input_motor_speed);
            else if (PWMA_OC == TIMER_OC2)TIM_SetCompare2(PWM_timer, input_motor_speed);
            else if (PWMA_OC == TIMER_OC3)TIM_SetCompare3(PWM_timer, input_motor_speed);
            else if (PWMA_OC == TIMER_OC4)TIM_SetCompare4(PWM_timer, input_motor_speed);
        }
        else if (which_motor == MOTORB)
        {
            GPIO_SetBits(BIN1_GPIO, BIN1_Pin);
            GPIO_ResetBits(BIN2_GPIO, BIN2_Pin);
            if (PWMB_OC == TIMER_OC1)TIM_SetCompare1(PWM_timer, input_motor_speed);
            else if (PWMB_OC == TIMER_OC2)TIM_SetCompare2(PWM_timer, input_motor_speed);
            else if (PWMB_OC == TIMER_OC3)TIM_SetCompare3(PWM_timer, input_motor_speed);
            else if (PWMB_OC == TIMER_OC4)TIM_SetCompare4(PWM_timer, input_motor_speed);
        }
      
    }
    else if (input_motor_speed < 0)
    {
        if (which_motor == MOTORA)
        {
            GPIO_ResetBits(AIN1_GPIO, AIN1_Pin);
            GPIO_SetBits(AIN2_GPIO, AIN2_Pin);
            if (PWMA_OC == TIMER_OC1)TIM_SetCompare1(PWM_timer, -input_motor_speed);
            else if (PWMA_OC == TIMER_OC2)TIM_SetCompare2(PWM_timer, -input_motor_speed);
            else if (PWMA_OC == TIMER_OC3)TIM_SetCompare3(PWM_timer, -input_motor_speed);
            else if (PWMA_OC == TIMER_OC4)TIM_SetCompare4(PWM_timer, -input_motor_speed);
        }
        else if (which_motor == MOTORB)
        {
            GPIO_ResetBits(BIN1_GPIO, BIN1_Pin);
            GPIO_SetBits(BIN2_GPIO, BIN2_Pin);
            if (PWMB_OC == TIMER_OC1)TIM_SetCompare1(PWM_timer, -input_motor_speed);
            else if (PWMB_OC == TIMER_OC2)TIM_SetCompare2(PWM_timer, -input_motor_speed);
            else if (PWMB_OC == TIMER_OC3)TIM_SetCompare3(PWM_timer, -input_motor_speed);
            else if (PWMB_OC == TIMER_OC4)TIM_SetCompare4(PWM_timer, -input_motor_speed);
        }


    }
}