用TIM的PWM输出模式写一个步进电机的Stepper库函数

这是之前写平衡小车时自己用TIM的PWM输出模式写了一个步进电机的Stepper库函数。

1

调用顺序

1.1

init函数

1.2

begin函数

1.3

setSpeed函数

2

Stepper类结构

3

TIM结构框图

Stm32手册中的结构框图很重要，只要理解了外设的运行逻辑，按照逻辑一步一步给寄存器设值就可以让外设按我们的要求运行。

#ifndef __STEPPER_H
#define __STEPPER_H


#include "peripheral.h"
#include "math.h"


#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif


    enum DIRCTION
    {
        POS,
        INV
    };


    class Stepper
    {
    private:
        /* data */
        uint16_t TIMx_prescaler = 0;
        uint32_t TIMx_freq = 0;
        TIM_TypeDef *TIMx;
        uint32_t Channel;
        float speed;


    public:
        Stepper(TIM_TypeDef *TIMx, uint32_t Channel);
        ~Stepper();
        void init();
        void gpio_init();
        void begin();
        void stop();


        void setDirection(DIRCTION dir);
        void setFreq(uint16_t freq);
        void setSpeed(float speed);


        float getSpeed();
    };


    extern Stepper Stepper_left;
    extern Stepper Stepper_right;


#ifdef __cplusplus
}
#endif


#endif

#include "Stepper.h"


Stepper Stepper_left(TIM1, LL_TIM_CHANNEL_CH1);
Stepper Stepper_right(TIM2, LL_TIM_CHANNEL_CH2);


Stepper::Stepper(TIM_TypeDef *TIMx, uint32_t Channel)
{
    this- >TIMx = TIMx;
    this- >Channel = Channel;
}


Stepper::~Stepper()
{
}


void Stepper::init()
{
    //开定时器外设时钟
    if (TIMx == TIM1)
    {
        LL_APB2_GRP1_EnableClock(LL_APB2_GRP1_PERIPH_TIM1);
        //设置预分频器
        LL_TIM_SetPrescaler(TIMx, 90);
        TIMx_freq = 90000000;
        TIMx_prescaler = 90;
    }


    if (TIMx == TIM2)
    {
        LL_APB1_GRP1_EnableClock(LL_APB1_GRP1_PERIPH_TIM2);
        //设置预分频器
        LL_TIM_SetPrescaler(TIMx, 45);
        TIMx_freq = 45000000;
        TIMx_prescaler = 45;
    }


    //定时器选择时钟源
    LL_TIM_SetClockSource(TIMx, LL_TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL);


    //设置自动重载寄存器
    LL_TIM_SetAutoReload(TIMx, 2000 - 1);
    //设置计数方向
    LL_TIM_SetCounterMode(TIMx, LL_TIM_COUNTERMODE_CENTER_UP);
    //使能自动重载预装载
    LL_TIM_EnableARRPreload(TIMx);


    if (Channel == LL_TIM_CHANNEL_CH1 || Channel == LL_TIM_CHANNEL_CH1N)
    {
        //设置比较值
        LL_TIM_OC_SetCompareCH1(TIMx, 1000 - 1);
        //设置成PWM模式
        LL_TIM_OC_SetMode(TIMx, LL_TIM_CHANNEL_CH1, LL_TIM_OCMODE_PWM1);


        //设置捕获/比较寄存器值
        LL_TIM_OC_EnablePreload(TIMx, LL_TIM_CHANNEL_CH1);
    }


    if (Channel == LL_TIM_CHANNEL_CH2 || Channel == LL_TIM_CHANNEL_CH2N)
    {
        //设置比较值
        LL_TIM_OC_SetCompareCH2(TIMx, 1000 - 1);
        //设置成PWM模式
        LL_TIM_OC_SetMode(TIMx, LL_TIM_CHANNEL_CH2, LL_TIM_OCMODE_PWM1);


        //设置捕获/比较寄存器值
        LL_TIM_OC_EnablePreload(TIMx, LL_TIM_CHANNEL_CH2);
    }

    //设置输出极性
    LL_TIM_OC_SetPolarity(TIMx, Channel, LL_TIM_OCPOLARITY_HIGH);
    //使能输出
    LL_TIM_EnableAllOutputs(TIMx);
    LL_TIM_CC_EnableChannel(TIMx, Channel);


    //GPIO初始化
    gpio_init();
}


void Stepper::gpio_init()
{
    if (TIMx == TIM1)
    {
        //开启GPIO时钟
        LL_AHB1_GRP1_EnableClock(LL_AHB1_GRP1_PERIPH_GPIOA);


        //GPIO选为AF
        //M1-DIR
        LL_GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
        GPIO_InitStruct.Mode = LL_GPIO_MODE_OUTPUT;
        GPIO_InitStruct.OutputType = LL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;
        GPIO_InitStruct.Pin = LL_GPIO_PIN_9;
        GPIO_InitStruct.Pull = LL_GPIO_PULL_NO;
        GPIO_InitStruct.Speed = LL_GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM;
        LL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
        //M1-STEP
        GPIO_InitStruct.Alternate = LL_GPIO_AF_1;
        GPIO_InitStruct.Mode = LL_GPIO_MODE_ALTERNATE;
        GPIO_InitStruct.OutputType = LL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;
        GPIO_InitStruct.Pin = LL_GPIO_PIN_8;
        GPIO_InitStruct.Pull = LL_GPIO_PULL_NO;
        GPIO_InitStruct.Speed = LL_GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM;
        LL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
    }


    if (TIMx == TIM2)
    {
        //开启GPIO时钟
        LL_AHB1_GRP1_EnableClock(LL_AHB1_GRP1_PERIPH_GPIOB);
        LL_AHB1_GRP1_EnableClock(LL_AHB1_GRP1_PERIPH_GPIOC);


        //GPIO选为AF
        //M2-DIR
        LL_GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
        GPIO_InitStruct.Mode = LL_GPIO_MODE_OUTPUT;
        GPIO_InitStruct.OutputType = LL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;
        GPIO_InitStruct.Pin = LL_GPIO_PIN_7;
        GPIO_InitStruct.Pull = LL_GPIO_PULL_NO;
        GPIO_InitStruct.Speed = LL_GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM;
        LL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);   
        //M2-STEP
        GPIO_InitStruct.Alternate = LL_GPIO_AF_1;
        GPIO_InitStruct.Mode = LL_GPIO_MODE_ALTERNATE;
        GPIO_InitStruct.OutputType = LL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;
        GPIO_InitStruct.Pin = LL_GPIO_PIN_3;
        GPIO_InitStruct.Pull = LL_GPIO_PULL_NO;
        GPIO_InitStruct.Speed = LL_GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM;
        LL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    }
}


void Stepper::begin()
{
    LL_TIM_EnableCounter(TIMx);
}


void Stepper::stop()
{
    LL_TIM_DisableCounter(TIMx);
}


void Stepper::setDirection(DIRCTION dir)
{
    if (dir == INV)
    {
        if (TIMx == TIM1)
        {
            LL_GPIO_WriteOutputPort(GPIOB, LL_GPIO_ReadOutputPort(GPIOB) & (~LL_GPIO_PIN_4));
        }
        if (TIMx == TIM2)
        {
            LL_GPIO_WriteOutputPort(GPIOB, LL_GPIO_ReadOutputPort(GPIOB) & (~LL_GPIO_PIN_10));
        }
    }
    if (dir == POS)
    {
        if (TIMx == TIM1)
        {
            LL_GPIO_WriteOutputPort(GPIOB, LL_GPIO_ReadOutputPort(GPIOB) | (LL_GPIO_PIN_4));
        }
        if (TIMx == TIM2)
        {
            LL_GPIO_WriteOutputPort(GPIOB, LL_GPIO_ReadOutputPort(GPIOB) | (LL_GPIO_PIN_10));
        }
    }
}


void Stepper::setFreq(uint16_t freq)
{
    if (freq == 0)
    {
        LL_TIM_DisableCounter(TIMx);
        return;
    }
    else if (!LL_TIM_IsEnabledCounter(TIMx))
    {
        LL_TIM_EnableCounter(TIMx);
    }


    uint32_t ARR_t = TIMx_freq / TIMx_prescaler / freq;


    if (ARR_t > 65535) //触碰上限——频率过低
    {
        TIMx_prescaler *= 10; //提高分频比
    }


    if (ARR_t < 2) //触碰下限——频率过高
    {
        TIMx_prescaler /= 10; //降低分频比
    }


    LL_TIM_SetPrescaler(TIMx, TIMx_prescaler);


    ARR_t = TIMx_freq / TIMx_prescaler / freq;


    LL_TIM_SetAutoReload(TIMx, ARR_t);


    uint16_t CCR_t = ARR_t * 0.5;


    if (Channel == LL_TIM_CHANNEL_CH1)
    {
        LL_TIM_OC_SetCompareCH1(TIMx, CCR_t);
    }
    if (Channel == LL_TIM_CHANNEL_CH2)
    {
        LL_TIM_OC_SetCompareCH2(TIMx, CCR_t);
    }
}

/**
 * @brief 设置转速
 * 
 * @param speed 转速-单位（度/秒）
 */
void Stepper::setSpeed(float speed)
{
    //判断速度方向
    DIRCTION _dir = POS;
    if (speed != abs(speed))
    {
        _dir = INV;
        speed = abs(speed);
    }
    setDirection(_dir);


    //速度限幅
    if (speed > 5000)
        speed = 5000;
    if (speed < 10)
        speed = 10;


    this- >speed = speed;


    //将速度转化为定时器频率
    uint16_t _freq = speed / 1.8;
    setFreq(_freq);
}


float Stepper::getSpeed()
{
    return speed;
}