认识电机

直流电机

直流电机（Direct Current Machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。
它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。主要用于电动工具、洗衣机、空气净化器、玩具等小家电中，用于传输转矩和增加设备的灵活性。
image.png

直流减速电机

直流减速电机，即齿轮减速电机，是在普通直流电机的基础上，加上配套齿轮减速箱。齿轮减速箱的作用是，提供较低的转速，较大的力矩。同时，齿轮箱不同的减速比可以提供不同的转速和力矩。这大大提高了，直流电机在自动化行业中的使用率。

N20减速电机是一种广泛应用于电子设备、玩具、工业机器人、医疗器械、包装设备、办公设备、家用电器等领域的精密减速电机。它的电机结构紧凑、精度高、噪音小、承载能力强，可以在高速运转时保持平稳的运行状态，广泛应用于各种需要高精度、高效率、高可靠性的场合。

如下图所示, 我们可以看到N20减速电机其实是在普通电机的基础上增加了齿轮减速箱,从而实现了降低转速增大扭矩的目的.
03-电机驱动 - 图3

减速器的原理

要想理解减速器的原理， 我们先来回顾一下初二物理的杠杆原理。如下图所示，在杠杆的一端放置一个球，我们要撬动这个球，假设F不变，如何才能轻松的撬动这个球呢？ 我们就需要来计算力矩，力矩的公式：力矩=力臂*力
image.png

  • 力矩（torque）是描述一个力如何使物体产生旋转的物理量。
  • 力臂是力与旋转轴之间的垂直距离。
  • 当力臂增大时，同样大小的力将产生更大的力矩，从而使物体更容易旋转。这就是为什么使用扳手时，手柄越长，旋转螺丝或螺母就越容易的原因。

如下图所示，我将当前案例的力臂划分出来。当F不变,我们增加力臂,就可以轻松将球撬动. 这也就是为什么有人吹牛,给我一个支点我能撬起月球.
image.png
明白了上面的原理, 下面我们再来分析一下电机的减速器, 上面介绍的是一个比较复杂的减速器,下面我们以两个齿轮为例,来解释一下为什么增加了减速箱之后,电机转速降低,力矩增大.
image.png
当电机转动之后，绿色小圆产生的力矩为M1 = FR, 那么红色圆输出的力矩为：M2 = F2R

下图是一张更加精密的减速电机齿轮箱

03-电机驱动 - 图7

在本次课程中,我们所使用的是这种TT马达, 它同样是普通电机加上减速齿轮构造而成.

223.png
接线方式如下：
224.png
225.png
image.png

驱动芯片介绍

03-电机驱动 - 图12
注意: 模块已经默认是启动的状态,所以EEP引脚不焊, ULT引脚如不需要,也可以不焊

PWM方式控制

下面我们来介绍一下如何使用PWM方式驱动电机, 电机连接在驱动模块上面, 每个电机由两路PWM控制.
若想电机转动, 我们只需要将其中一路PWM复制, 另外一路PWM置为0即可

  1. 正转: PWM1=pwm, PWM2=0
  2. 反转: PWM1=0, PWM2=pwm

下图为电机转动时, 电流的流向图
image.png

电路原理图

image.png

示例代码

PWM控制

  1. timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER4, TIMER_CH_2, 0);
  2. timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER4, TIMER_CH_3,pwm);

定时器初始化示例

  1. #include "bsp_drv8833.h"
  2. #include <stdio.h>
  4. #define RCU_MOTOR_L1 RCU_GPIOA
  5. #define PORT_MOTOR_L1 GPIOA
  6. #define PIN_MOTOR_L1 GPIO_PIN_0
  8. #define TIMER_MOTOR_L1 TIMER4
  9. #define TIMER_MOTOR_CHANNEL TIMER_CH_0
  11. #define RCU_MOTOR_L2 RCU_GPIOA
  12. #define PORT_MOTOR_L2 GPIOA
  13. #define PIN_MOTOR_L2 GPIO_PIN_1
  15. #define TIMER_MOTOR_L2 TIMER4
  16. #define TIMER_MOTOR_L2_CHANNEL TIMER_CH_1
  18. #define RCU_MOTOR_R1 RCU_GPIOA
  19. #define PORT_MOTOR_R1 GPIOA
  20. #define PIN_MOTOR_R1 GPIO_PIN_2
  22. #define TIMER_MOTOR_R1 TIMER4
  23. #define TIMER_MOTOR_R1_CHANNEL TIMER_CH_2
  25. #define RCU_MOTOR_R2 RCU_GPIOA
  26. #define PORT_MOTOR_R2 GPIOA
  27. #define PIN_MOTOR_R2 GPIO_PIN_3
  29. #define TIMER_MOTOR_R2 TIMER4
  30. #define TIMER_MOTOR_R2_CHANNEL TIMER_CH_3
  32. #define MAX_PWM_VALUE 9999
  34. void bsp_drv8833_gpio_init(){
  35.     rcu_periph_clock_enable(RCU_MOTOR_L1);
  36.     gpio_af_set(PORT_MOTOR_L1,GPIO_AF_2,PIN_MOTOR_L1);
  37.     gpio_mode_set(PORT_MOTOR_L1,GPIO_MODE_AF,GPIO_PUPD_PULLDOWN,PIN_MOTOR_L1);
  38.     gpio_output_options_set(PORT_MOTOR_L1,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,PIN_MOTOR_L1);
  39.     gpio_bit_write(PORT_MOTOR_L1,PIN_MOTOR_L1,RESET);
  41.     rcu_periph_clock_enable(RCU_MOTOR_L2);
  42.     gpio_af_set(PORT_MOTOR_L2,GPIO_AF_2,PIN_MOTOR_L2);
  43.     gpio_mode_set(PORT_MOTOR_L2,GPIO_MODE_AF,GPIO_PUPD_PULLDOWN,PIN_MOTOR_L2);
  44.     gpio_output_options_set(PORT_MOTOR_L2,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,PIN_MOTOR_L2);
  45.     gpio_bit_write(PORT_MOTOR_L2,PIN_MOTOR_L2,RESET);
  46.     /**********************************************************/
  47.     rcu_periph_clock_enable(RCU_MOTOR_R1);
  48.     gpio_af_set(PORT_MOTOR_R1,GPIO_AF_2,PIN_MOTOR_R1);
  49.     gpio_mode_set(PORT_MOTOR_R1,GPIO_MODE_AF,GPIO_PUPD_PULLDOWN,PIN_MOTOR_R1);
  50.     gpio_output_options_set(PORT_MOTOR_R1,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,PIN_MOTOR_R1);
  51.     gpio_bit_write(PORT_MOTOR_R1,PIN_MOTOR_R1,RESET);
  53.     rcu_periph_clock_enable(RCU_MOTOR_R2);
  54.     gpio_af_set(PORT_MOTOR_R2,GPIO_AF_2,PIN_MOTOR_R2);
  55.     gpio_mode_set(PORT_MOTOR_R2,GPIO_MODE_AF,GPIO_PUPD_PULLDOWN,PIN_MOTOR_R2);
  56.     gpio_output_options_set(PORT_MOTOR_R2,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,PIN_MOTOR_R2);
  57.     gpio_bit_write(PORT_MOTOR_R2,PIN_MOTOR_R2,RESET);
  58. }
  60. void bsp_drv8833_timer_init(){
  62.     rcu_timer_clock_prescaler_config(RCU_TIMER_PSC_MUL4);
  63.     rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER4);
  65.     timer_parameter_struct timer_parameter;
  66.     timer_oc_parameter_struct timer_oc_parameter;
  68.     timer_deinit(TIMER4);
  69.     timer_struct_para_init(&timer_parameter);
  70.     timer_parameter.period = 10000 - 1;
  71.     timer_parameter.prescaler = 240 - 1;
  72.     timer_init(TIMER4,&timer_parameter);
  74.     // 输出参数的初始化
  75.     timer_channel_output_struct_para_init(&timer_oc_parameter);
  76.     timer_oc_parameter.outputstate = TIMER_CCX_ENABLE;
  78.     // 通道配置
  79.     timer_channel_output_config(TIMER4,TIMER_CH_0,&timer_oc_parameter);
  80.     timer_channel_output_config(TIMER4,TIMER_CH_1,&timer_oc_parameter);
  81.     timer_channel_output_config(TIMER4,TIMER_CH_2,&timer_oc_parameter);
  82.     timer_channel_output_config(TIMER4,TIMER_CH_3,&timer_oc_parameter);
  84.     // 初始占空比配置
  85.     timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER4,TIMER_CH_0,0);
  86.     timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER4,TIMER_CH_1,0);
  87.     timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER4,TIMER_CH_2,0);
  88.     timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER4,TIMER_CH_3,0);
  90.     timer_channel_output_mode_config(TIMER4,TIMER_CH_0,TIMER_OC_MODE_PWM0);
  91.     timer_channel_output_mode_config(TIMER4,TIMER_CH_1,TIMER_OC_MODE_PWM0);
  92.     timer_channel_output_mode_config(TIMER4,TIMER_CH_2,TIMER_OC_MODE_PWM0);
  93.     timer_channel_output_mode_config(TIMER4,TIMER_CH_3,TIMER_OC_MODE_PWM0);
  95.     timer_channel_output_shadow_config(TIMER4,TIMER_CH_0,TIMER_OC_SHADOW_ENABLE);
  96.     timer_channel_output_shadow_config(TIMER4,TIMER_CH_1,TIMER_OC_SHADOW_ENABLE);
  97.     timer_channel_output_shadow_config(TIMER4,TIMER_CH_2,TIMER_OC_SHADOW_ENABLE);
  98.     timer_channel_output_shadow_config(TIMER4,TIMER_CH_3,TIMER_OC_SHADOW_ENABLE);
  100.     timer_primary_output_config(TIMER4,ENABLE);
  101.     timer_enable(TIMER4);
  102. }
  105. void bsp_drv8833_init(void){
  106.     bsp_drv8833_gpio_init();
  107.     bsp_drv8833_timer_init();
  108. }
  110. void bsp_drv8833_set(int left, int right){
  111.     if(left > MAX_PWM_VALUE) left = MAX_PWM_VALUE;
  112.     if(left < -MAX_PWM_VALUE) left = -MAX_PWM_VALUE;
  114.     if(right > MAX_PWM_VALUE) right = MAX_PWM_VALUE;
  115.     if(right < -MAX_PWM_VALUE) right = -MAX_PWM_VALUE;
  117.     if(left > 0){
  118.         timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER4,TIMER_CH_0,left);
  119.         timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER4,TIMER_CH_1,0);           
  120.     }else{
  121.         timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER4,TIMER_CH_0,0);
  122.         timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER4,TIMER_CH_1,-left); 
  123.     }
  125.      if(right < 0){
  126.         timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER4,TIMER_CH_2,0);
  127.         timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER4,TIMER_CH_3,right);           
  128.     }else{
  129.         timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER4,TIMER_CH_2,-right);
  130.         timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER4,TIMER_CH_3,0); 
  131.     }
  132. }
  135. void bsp_drv8833_test(){
  136.     bsp_drv8833_init();
  138.     int pwm = 0;
  140.     while(1){
  141.         pwm += 300;
  142.         bsp_drv8833_set(pwm,pwm);
  143.         delay_1ms(2000);
  144.         if(pwm > MAX_PWM_VALUE) pwm = 0;
  145.         printf("pwm: %d\n",pwm);
  146.     }
  147. }