JGB37-520电机

实物介绍和接线说明

JGB37-520电机是一种直流减速电机，常使用TB6612电机驱动芯片来驱动
JGB37-520电机实物图
TB6612电机驱动芯片
JGB37-520电机线序

TB6612芯片引脚	作用说明	接到哪里
VM	输出电压源	直接连到12V直流电源的正极
VCC	逻辑电路电源	可从单片机的5V输出引脚引入VCC
GND	地	直接连到12V直流电源的负极需要注意的是12V电路的GND要和5V电路的GND连接，也就是”共地”原则
AO1,AO2	提供给电机A的输出电压	520电机的红线和白线
BO1,BO2	提供给电机B的输出电压	第二个520电机的红线和白线
AIN1,AIN2	决定电机A的转向	单片机分配的两个GPIO引脚
BIN1,BIN2	决定电机B的转向	单片机分配的两个GPIO引脚
PWMA	控制电机A转速的PWM信号	单片机分配的一个定时器引脚
PWMB	控制电机B转速的PWM信号	单片机分配的一个定时器引脚
STBY	使能引脚，高电平使能芯片使之工作	单片机分配的一个GPIO引脚

JGB37-520电机线	接到哪里
红线，白线	上个表格已经提到，接到O1,O2上（可以调换顺序）
蓝线，黑线	接到5V电源上，正负不可调换
黄线，绿线	接到单片机分配的两个定时器引脚上，（可以调换顺序）

补充关于定时器的知识
我们此前使用的TIM14是STM32上搭载的最简单的一类定时器Basic Timer
这种定时器的功能基本就是单纯的计时
除此之外，STM32上还搭载了General Purpose Timer和Advanced-control Timer两种更高级的定时器
在这个项目中，我们需要用到(至少是)General Purpose Timer来解算电机编码器返回的信号和发送PWM信号
对于本项目使用的芯片STM32H750VBT6（没错又是它）来说，定时器TIM1和TIM8都是Advanced-control Timer。它们包含General Purpose Timer的所有功能。定时器TIM2~5,TIM12(被阉割了一部分功能), TIM15都是General Purpose Timer。

CubeMX工程配置

由于本文是520电机的使用介绍，所以重点介绍和电机有关的部分

定时器配置

编码器模式

以TIM2为例，在Mode中找到Combined Channels这一项，选择Encoder Mode。这时上方有几个选项会变成灰色不可自行调整。这是因为我们选择了编码器模式，工程把TIM2的Channel 1和Channel 2自动分配为接收信号的引脚了。这就是连接520电机黄线和绿线的引脚。
编码器模式下，定时器会接收A相和B相的信号并自动计数——这样就得到了电机的编码器值。
接下来配置Parameter Settings。最重要的设置是Encoder Mode中选择Encoder Mode TI1 and TI2。此项将把编码器的精度提升4倍。
其他选择默认设置就好了
TIM2配置

生成PWM信号

如果你不知道PWM

生成PWM信号的定时器通道可以是任何一个空闲的定时器通道。我这里选择让TIM1生成PWM信号。
需要几个PWM信号就设置几个通道(Channel)为PWM Generation CHx
提供给TB6612的PWM的信号周期为1ms就好了（不是也没关系），TB6612就看PWM的占空比

Counter Settings	Value
Prescaler	240-1
Counter Period	1000-1

TIM1配置，图中的Counter Period有误

设置空余GPIO引脚

建议在设置完所有定时器，串口以及其他功能后再设置空闲GPIO

在右边的芯片视图挑方便你布线的引脚设置为所需的功能引脚，比如STBY、AIN1、AIN2, etc.
如果你有硬件帮你做板子那就让硬件挑他喜欢的引脚（当然，你的硬件同学要靠谱）

代码实现

首先定义一个结构体来打包电机的所有数据

// motor.h
typedef struct {
  // 该电机对应的pwm发送定时器通道
  TIM_HandleTypeDef* pwm_tim;
  HAL_TIM_ActiveChannel pwm_channel;
  // 该电机对应的编码器读取定时器
  TIM_HandleTypeDef* enc_tim;
  // 电机GPIO使能端口
  GPIO_TypeDef* en_port;  
  // 电机GOIO控制端口
  GPIO_TypeDef *In1_port,*In2_port;
  // 电机GPIO使能引脚
  uint16_t en_pin;
  // 电机GOIO控制引脚
  uint16_t In1_pin,In2_pin;
  //电机速度
  float rpm;

  int32_t encoder_count;

  int16_t current_count;
  int16_t last_count;

  uint32_t last_time;
  uint32_t current_time;
  uint32_t delta_time;

  uint8_t encoding;
  
}jgb37_520_motor_t;

初始化函数当然少不了

void JGB37_520_motor_init(jgb37_520_motor_t* motor,
                          TIM_HandleTypeDef* pwm_tim, uint32_t pwm_channel,
                          TIM_HandleTypeDef* enc_tim, 
                          GPIO_TypeDef* en_port, uint16_t en_pin,
                          GPIO_TypeDef* In1_port, uint16_t In1_pin,
                          GPIO_TypeDef* In2_port, uint16_t In2_pin)
{
  motor->pwm_tim = pwm_tim;
  motor->pwm_channel = (HAL_TIM_ActiveChannel)pwm_channel;
  motor->enc_tim = enc_tim;
  motor->en_port = en_port;
  motor->en_pin = en_pin;
  motor->In1_port = In1_port;
  motor->In1_pin = In1_pin;
  motor->In2_port = In2_port;
  motor->In2_pin = In2_pin;
  motor->last_count = 0;
  motor->last_time = 0;
  motor->current_count = 0;
  motor->current_time = 0;
  motor->encoding = 0;
  
  //使能电机
  HAL_GPIO_WritePin(motor->en_port, motor->en_pin, GPIO_PIN_SET);
  
  //启动PWM
  HAL_TIM_PWM_Start(motor->pwm_tim, motor->pwm_channel);
  
  //启动编码器读取
  HAL_TIM_Encoder_Start(motor->enc_tim, TIM_CHANNEL_ALL);

  // 清零计数器
  __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2, 0);
  motor->encoder_count = __HAL_TIM_GET_COUNTER(motor->enc_tim);
  
  return;
}

然后是反馈信号的处理
在前面的设置中，我们已经用定时器的Encoder Mode帮我们完成了解算的第一步——计数脉冲数
由单位时间内的新增脉冲数就可以计算出电机的实际转速

不应当选取过小的单位时间，比如1ms
电机的编码器精度没那么高，选取过小的单位时间会导致单位时间内新增的脉冲数只有个位数——这意味着被计算出来的电机速度只有个位数种情况
这反而会降低计算出的转速精度

/**
 * @brief 获取520电机的转速
 *        减速比1:30,采用4倍频检测，主轴转动一圈返回 4*30*11 = 1320 个脉冲
 *        计数器的计数上限为65535
 *        定时器中断中每10ms检测一次
 * 
 * @param motor 指向电机的句柄
 */
void JGB37_520_motor_get(jgb37_520_motor_t* motor){
  if ( motor->encoding == 1 ){
    return;
  }
  //防止同时读取
  if ( HAL_GetTick() - motor->last_time < 50 ){
    return ;
  }//防止过短时间内执行多次读取函数
  motor->encoding = 1;

  motor->last_count = motor->current_count;
  motor->current_count = __HAL_TIM_GET_COUNTER(motor->enc_tim);

  motor->current_time = HAL_GetTick();
  motor->delta_time = motor->current_time - motor->last_time;
  motor->last_time = motor->current_time;

  int32_t diff = motor->current_count - motor->last_count;
  if (diff > 32768){
    diff -= 65536;
  }
  else if (diff < -32768){
    diff += 65536;
  }
  motor->rpm = (diff * 60 * 1000 / 1320.0 / motor->delta_time); // 每圈1320个脉冲


  motor->encoding = 0;
  return;
}

最后是电机的输出控制，原理前面有简单的提及，不赘述了

void JGB37_520_motor_output(jgb37_520_motor_t* motor, int32_t speed_pct){
  if (speed_pct > 100){
    speed_pct = 100;
  }
  if (speed_pct < -100){
    speed_pct = -100;
  }
  if (speed_pct > 5){
    HAL_GPIO_WritePin(motor->In1_port, motor->In1_pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(motor->In2_port, motor->In2_pin, GPIO_PIN_RESET);
    __HAL_TIM_SetCompare(motor->pwm_tim, motor->pwm_channel, speed_pct * 10);
  }
  else if (speed_pct < -5){
    HAL_GPIO_WritePin(motor->In1_port, motor->In1_pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(motor->In2_port, motor->In2_pin, GPIO_PIN_SET);
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(motor->pwm_tim, motor->pwm_channel, -speed_pct * 10);
  }
  else {
    HAL_GPIO_WritePin(motor->In1_port, motor->In1_pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(motor->In2_port, motor->In2_pin, GPIO_PIN_RESET);
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(motor->pwm_tim, motor->pwm_channel, 0);
  }
  return;
}