【STM32】HAL库 位置式PID调节控制输出电压（超详解）
本文将借助STM32CubeMX来配置ADC、DMA、DAC、USART，并利用PID位置式算法实现对输出电压进行AD采集通过PID算法调节DAC，获取到我们想要的电压值。
讲解的主要知识：
- 何为PID以及为何需要PID
- STM32CubeMX创建
- STM32源代码
1、何为PID以及为何需要PID
以下是PID控制的整体框图，过程描述为：设定一个输出目标，反馈系统传回输出值，如与目标不一致，则存在一个误差，PID根据此误差调整输入值，直至输出达到设定值。
疑问：那我们为什么需要PID呢？比如我想要利用DAC输出一个1.65V电压，直接输出不就可以了吗？
这里必须要先说下我们的目标，因为我们所有的控制无非就是想输出能够达到我们的设定，即如果我们设定了一个目标电压值，那么我们想要一个什么样的电压值变化呢？
比如设定目标电压值为1.65V，目标无非是希望其能够快速而且没有抖动的达到1.65V。
那这样大家应该就明白，如果只是使用DAC输出一个数字信号，外界出现的误差（例如导线、噪声等原因）都可能影响到最终输出的数值，因此我们需要利用PID调节最终读取到我们想要的值。
Eg：要求输出1.65V，控制输出1.65V，其实得到的是1.6V，如果控制输出1.68V，那么可能可以得到1.65V，其实就是缩减目标与实际之间的误差。
2、STM32CubeMX配置：
2.1 所用工具：
- 芯片：STM32F103RCT6
- IDE：MDK-Keil软件
- STM32F1xxHAL库
2.2 知识概括：
- STM32CubeMX创建ADC、DMA、DAC、USART例程
- Keil软件程序编写
2.3 工程创建
1、芯片选择
芯片：STM32F103RCT6（根据自己的板子来进行选择）
2、设置RCC
设置高速外部时钟HSE 选择外部时钟源
3、设置ADC引脚
ADC1通道0即PA0，开启连续转换模式，转换周期：55.5Cycles
4、ADC利用DMA传输
设置DMA传输模式：循环传输（有数据就传输），同时设置高优先级
5、开启DAC输出
6、开启USART1
设置异步通信，波特率115200Bits/s
7、配置时钟
F1系列芯片系统时钟为72MHzs
8、项目创建最后步骤
- 设置项目名称
- 设置存储路径
- 选择所用IDE
9、输出文件
- ②处：复制所用文件的.c和.h
- ③处：每个功能生产独立的.c和.h文件
10、创建工程文件
点击GENERATE CODE 创建工程
11、配置下载工具
这里我们需要勾选上下载后直接运行
3、STM32源代码：
首先编写pid.c与pid.h文件代码，这里编写的是pid位置式算法。
（1）pid.h
#ifndef __PID_H__
#define __PID_H__
#include "main.h"
typedef struct
{
float SetVoltage; //定义设定值
float ActualVoltage; //定义实际值
float err; //定义偏差值
float err_last; //定义上一个偏差值
float Kp,Ki,Kd; //定义比例、积分、微分系数
float result; //pid计算结果
float voltage; //定义电压值（控制执行器的变量）0-5v右转 5-10v左转
float integral; //定义积分值
}pid_p;
void PID_init( void);
float PID_realize( float v, float v_r);
#endif
（2）pid.c
#include "pid.h"
#include "stdio.h"
pid_p pid;
//pid位置式
void PID_init()
{
printf("PID_init begin \n");
pid.SetVoltage= 0.0; // 设定的预期电压值
pid.ActualVoltage= 0.0; // adc实际电压值
pid.err= 0.0; // 当前次实际与理想的偏差
pid.err_last=0.0; // 上一次的偏差
pid.voltage= 0.0; // 控制电压值
pid.integral= 0.0; // 积分值
pid.Kp= 0.2; // 比例系数
pid.Ki= 0.15; // 积分系数
pid.Kd= 0.2; // 微分系数
printf("PID_init end \n");
}
float PID_realize( float v, float v_r)
{
pid.SetVoltage = v; // 固定电压值传入
pid.ActualVoltage = v_r; // 实际电压传入 = ADC_Value * 3.3f/ 4096
pid.err = pid.SetVoltage - pid.ActualVoltage; //计算偏差
pid.integral += pid.err; //积分求和
pid.result = pid.Kp * pid.err + pid.Ki * pid.integral + pid.Kd * ( pid.err - pid.err_last);//位置式公式
pid.err_last = pid.err; //留住上一次误差
return pid.result;
}
（3）在main.c加上：
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"
#include "pid.h"
/* USER CODE END Includes */
/* USER CODE BEGIN PD */
#define ADC_Channel_MAX 2
/* USER CODE END PD */
/* USER CODE BEGIN PV */
uint16_t ADC_DMA_Value[ADC_Channel_MAX]; // DMA得到ADC的值
uint16_t ADC_Value = 0;
uint16_t DAC_Value = 100;
/* USER CODE END PV */
/* USER CODE BEGIN 0 */
/**
* 函数功能: 重定向c库函数printf到DEBUG_USARTx
* 输入参数: 无
* 返 回 值: 无
* 说 明：无
*/
int fputc(int ch, FILE *f)
{
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
return ch;
}
/**
* 函数功能: 重定向c库函数getchar,scanf到DEBUG_USARTx
* 输入参数: 无
* 返 回 值: 无
* 说 明：无
*/
int fgetc(FILE *f)
{
uint8_t ch = 0;
HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
return ch;
}
/* USER CODE END 0 */
（4）在ADC初始化之后加上AD校准函数：
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1); // f1系列需要ADC校准，f4不需要
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t *)&ADC_DMA_Value,ADC_Channel_MAX); // 启动ADC的DMA转换
PID_init();
/* USER CODE END 2 */
（5）while中加上：
HAL_DAC_SetValue(&hdac, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, DAC_Value); // 设置DAC数值
HAL_DAC_Start(&hdac,DAC_CHANNEL_1); // 开启DAC输出
ADC_Value = ADC_DMA_Value[0];
printf("%0.2f\r\n", ADC_Value*3.3/4096);
// 这里设置输出1.65V
DAC_Value = DAC_Value + PID_realize(2048, ADC_Value);
HAL_Delay(100);
（6）用一根杜邦线连接PA0（ADC1_IN0）与PA4（DAC），然后串口连接电脑（我这里利用USB转TLL连接电脑，RX接PA9（USART1_TX），TX接PA10（USART1_RX））
（7）之后就可以完成正常读取，刚打开串口时：
（8）PID调节稳定后（DAC输出1.65V）：
程序下载地址：https://download.csdn.net/download/weixin_44270218/13981014
总结：
以上就是利用PID调节控制获取我想要设定的电压值。