STM32——遥控小车从设计到实现详细记录

这次边做边写，基本上把做proj的整个步骤记录下来，包括中间的思考过程，也挺有意思的

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小车主控板思路

• 主控板需要完成的功能：
  1.接受传输过来的数据
  2.根据数据控制电机PWM
  3.根据数据控制舵机PWM

• 控制电机的PWM实现：
  1.一个函数，两个参数：move(dir,speed)
  2.dir控制前后，speed控制pwm.
  3.如果方向改变需要延迟一定时间

• 控制舵机的pwm实现：
  1.一个函数，两个参数：turn(dir,value)
  2.dir控制左右，value是设定值控制pwm
  3.value需要配合PID算法写好
  两个电机控制需要两个tim的pwm，需要四个管脚输出控制正反转.
  PID算法实现的时候，舵机有反馈线反馈现在所在的角度.反馈用ADC采样读取

PS: 未测试NRF24L01通信模块前自己留一个串口，使用蓝牙调PID

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程序步骤

1. 开启时钟（GPIO,TIM, ADC,USART,AFIO）
2. 写move函数
3. 写PID算法
4. 写turn函数
5. 配置蓝牙串口
6. 调试PID

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开启时钟

ABP1和APB2对应的外设见下表

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使用TIM生成PWM波

这里使用TIM生成的PWM是为了让PWM更加稳定可靠

• 原理解释
  通用定时器可以利用GPIO引脚进行脉冲输出，在配置为比较输出、PWM输出功能时，捕获/比较寄存器TIMx_CCR被用作比较功能，下面把它简称为比较寄存器。

  这里直接举例说明定时器的PWM输出工作过程：若配置脉冲计数器TIMx_CNT为向上计数，而重载寄存器TIMx_ARR被配置为N，即TIMx_CNT的当前计数值数值X在TIMxCLK时钟源的驱动下不断累加，当TIMx_CNT的数值X大于N时，会重置TIMx_CNT数值为0重新计数。

  而在TIMxCNT计数的同时，TIMxCNT的计数值X会与比较寄存器TIMx_CCR预先存储了的数值A进行比较，当脉冲计数器TIMx_CNT的数值X小于比较寄存器TIMx_CCR的值A时，输出高电平（或低电平），相反地，当脉冲计数器的数值X大于或等于比较寄存器的值A时，输出低电平（或高电平）。

  如此循环，得到的输出脉冲周期就为重载寄存器TIMx_ARR存储的数值(N+1)乘以触发脉冲的时钟周期，其脉冲宽度则为比较寄存器TIMx_CCR的值A乘以触发脉冲的时钟周期，即输出PWM的占空比为 A/(N+1) 。

• TIM3复用引脚
  如下图
  
  感觉没有引脚冲突的情况下，可以默认没有重映像，TIM3_CH1~4的管脚对应的就是PA6、PA7、PB0、PB1.

  输出模式也好确定，查手册可以看到：输出采用推挽复用输出
  

  Mode值放这方便查看：
  

void tim3()                          
{   
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;  //初始化计数配置   
    TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;//初始化TIM3的外设
    TIM_TimeBaseStructure. TIM_Period =999;    //计数上限为1000
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =71;    //计时器预分频为72/(71+1)=1MHZ   
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;  //不分
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //向上计数
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);     


    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;   //TIM脉冲宽度调制模式1  
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 10;//设置了待装入捕获比较寄存器的脉冲值  
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //TIM输出比较极性高
    TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);
    TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);//使能TIM3在CCR1上的预装载寄存器


    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 10;         
    TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);          
    TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);//使能TIM3在CCR2上的预装载寄存器
    TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);                     
}

• 注意TIM_OCPolarity的选择和OCMode的PWM两种模式的区别：

  • OCPolarity为高则高电平有效
  • 若TIM_OCInitTypeDef.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1时：
    当计时器值小于比较器设定值时则TIMX输出脚此时输出有效
    当计时器值大于或等于比较器设定值时则TIMX输出脚此时输出无效
  • 若TIM_OCInitTypeDef.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2时：
    当计时器值小于比较器设定值时则TIMX输出脚此时输出无效
    当计时器值大于或等于比较器设定值时则TIMX输出脚此时输出有效

• 修改比较寄存器值的函数TIM_SetComparex(TIM_TypeDef* TIMx, u16 Comparex)
  把TIMx的比较寄存器x的值设成Comparex

u16 TIMCompare1 = 0x7FFF;
TIM_SetCompare1(TIM3, TIMCompare1);

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试用驱动后的第一次修订

因为采用的大电机的mos驱动很窒息，有一个刹车功能，所以是采用的双路PWM驱动正反转。因此修改之前的TIM生成的PWM配置，采用多个定时器输出多路PWM波.

新的PWM安排如下：

• TIM2的CH3和TIM3的CH1分别对应PA2和PA6给大电机的两路PWM.
• TIM4的CH1对应着PB6给舵机的PWM.

新的引脚安排：

• MOS驱动使能采用PB9.

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大坑出现

尝试着正转和反转，但是遇到了大坑.想通过关闭TIM来关闭PWM输出，结果是关闭了TIM之后PWM输出端口就自动高电平无法拉低！.

原因：复用推挽输出下IO口无法控制高低电平，因此拉低只能使用配置占空比的方法.
所以之前配多路TIM是没太大意义的。。关闭PWM只要把占空比调成零就好了！坑啊！

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假装调了PID

舵机反馈线就是一个电位器的中间接线引出来的，左右接3.3V，中间接出来一根线连上ADC采样，读取现有值然后写一个PID反馈调节即可。舵机给一个正的PWM或者一个负的PWM即可完成正转和反转，PWM值的高低决定了转向的快慢，如果PWM占空比过小，那么舵机可能无法转动。不能超调过多，也不能调节量太小转动太慢，于是需要控制参数慢慢调节。PID调节经验看了半天，最后发现这个舵机根本就不灵敏，用不着调节I和D，调好P就行了，就是完成了一个负反馈。过程有一点点艰辛，因为用L298N的驱动时，之前没发现驱动不灵敏，导致最小占空比的PWM也是一直处于超调状态。换了MOS驱动很快就调好了，PID调节的内容就不写在这里了，只要看懂了算法很快就能自己写一个，毕竟这里甚至只用写一个P对吧…

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NRF24L01通信模块

这一块内容是交给女票做的，第一部分是完成SPI的配置。这个有一大堆教程，如果IO口模式配置正确了，SPI的配置内容没有问题，应该很快就能工作。使用SPI往NRF24L01寄存器里写一个值，然后读出来，如果写进去的和读出来的是一样的，那么SPI就配置完毕了。最后是玄学的通信模块调试。NRF24L01是最便宜的2.4GHz的无线通信模块，由于寄存器太多，女票读了好久文档然后自己写了通信要用的函数，接收发送等等。然后总是GG..调了很久才完成。代码在Git上，现在有一个随时可用的配置了，如果之后要做遥控类的东西通信要调的话就方便很多了。

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数据发送接收调节方向，速度，关机开机

遥控器使用两个摇杆电位器做的，用ADC不停采样然后用NRF24L01给车上的主控板不停歇的发送数据，一个控制方向PWM，一个控制驱动电机PWM.前进和后退需要有一定延迟，因为反应太
快而电机又有电感会出现不可逆转的损害。最后是为了防止因为线断了等导致方向或者电机突然失灵，做了一个按钮控制开机关机，就是紧急制动。这些都很好写，源码里直接可以看到。

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总结

• 小车主控板的大坑遇到不多，一个是MOS驱动问题，一开始双PWM控制不太会用，要拉低就是把占空比调到0. 第二个是由于端口太多，ADC,TIM的PWM输出，SPI等引脚可能按默认配置有重复，所以得使用IO口的重映射.
• 比较大的坑在通信模块，这是和女票一起调了很久才完成的，感觉有点玄学。看看基础配置，通信速率，传输地址，模式等等是不是都配对了。最后的无线通信调试是没有很好的DEBUG方法的，一步一步慢慢来。
• 小车做出来了还是挺好玩的，比较有成就感. 缺点就是线可能不太稳，如果撞车了有一定概率失去控制。。这个可以再改进一下。
• 这个小车电机极其强大，可以跑的巨快。。飙车ing

最后成品