基于STM32与BD623x的电机控制实战——从零搭建无人机/机器人驱动系统

系列文章目录

1.元件基础 2.电路设计 3.PCB设计 4.元件焊接 5.板子调试 6.程序设计 7.算法学习 8.编写exe 9.检测标准 10.项目举例 11.职业规划

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文章目录 一、为什么选择这两个芯片？1.1 STM32微控制器1.2 ROHM BD623x电机驱动 二、核心控制原理详解2.1 H桥驱动奥秘2.2 PWM调速原理2.3 实战电路设计 三、STM32程序开发实战3.1 CubeMX配置步骤3.2 核心控制代码 四、安全设计规范4.1 硬件防护措施4.2 软件保护策略 五、多电机系统扩展六、调试技巧大全结语

一、为什么选择这两个芯片？ 1.1 STM32微控制器 大脑角色：作为Cortex-M系列代表，STM32F103C8T6（蓝色pill开发板）具备72MHz主频，提供精准的PWM波形控制关键资源：16路12位ADC、7通道DMA、37个GPIO，满足多电机同步控制需求 1.2 ROHM BD623x电机驱动 肌肉角色：BD6231FVM单通道H桥驱动器，支持4.5-18V/1.2A持续输出三大保护：内置过热关断（TSD）、过流保护（ISD）、低压锁定（UVLO）

选型对比：相比L298N，BD623x效率提升40%，体积缩小60%

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二、核心控制原理详解 2.1 H桥驱动奥秘 // 典型控制真值表 | IN1 | IN2 | 电机状态 | |--|---------| | 0 | 0 | 刹车 | | 1 | 0 | 正转 | | 0 | 1 | 反转 | | 1 | 1 | 停止 | 2.2 PWM调速原理 占空比公式：转速 ∝ (Ton / (Ton + Toff)) × 100%频率选择：推荐8-20kHz（超声波频段避免噪音） 2.3 实战电路设计 接线示意图： STM32 GPIOA0 --> BD623x IN1 (PWM1) STM32 GPIOA1 --> BD623x IN2 (PWM2) STM32 GND --> BD623x GND 12V电池正极 --> BD623x VM 电机端子 --> OUT1 & OUT2

滤波关键：在VM端并联100μF电解电容+0.1μF陶瓷电容

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三、STM32程序开发实战 3.1 CubeMX配置步骤 启用TIM1_CH1（PA8）和TIM1_CH2（PA9）设置PWM模式1，预分频值72-1（1MHz时基）配置ARR为999（1kHz频率） 3.2 核心控制代码 // PWM初始化 HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1); HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_2); // 转速控制函数 void SetMotorSpeed(int16_t speed) { speed = constrain(speed, -1000, 1000); // 限幅 if(speed >= 0) { __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, speed); __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_2, 0); } else { __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, 0); __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_2, -speed); } } // 急停函数 void MotorEmergencyStop() { HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET); // 启用刹车 __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, 1000); __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_2, 1000); }

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四、安全设计规范 4.1 硬件防护措施 在VM端串接5A自恢复保险丝电机两端并联1N5819续流二极管逻辑地与功率地单点连接 4.2 软件保护策略 // 过流检测中断服务 void ADC_IRQHandler(void) { if(hadc.Instance->SR & ADC_FLAG_JEOC) { uint16_t current = HAL_ADCEx_InjectedGetValue(&hadc, ADC_INJECTED_RANK_1); if(current > 1200) { // 1.2A阈值 MotorEmergencyStop(); Error_Handler(); } } }

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五、多电机系统扩展

四轴飞行器应用示例：

typedef struct { TIM_HandleTypeDef *htim; uint32_t ch1; uint32_t ch2; } MotorControl; MotorControl motors[4] = { {&htim1, TIM_CHANNEL_1, TIM_CHANNEL_2}, {&htim1, TIM_CHANNEL_3, TIM_CHANNEL_4}, {&htim2, TIM_CHANNEL_1, TIM_CHANNEL_2}, {&htim2, TIM_CHANNEL_3, TIM_CHANNEL_4} }; void SetAllMotors(int16_t *speeds) { for(uint8_t i=0; i<4; i++) { SetSingleMotor(motors[i], speeds[i]); } }

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六、调试技巧大全 示波器观测法：验证PWM波形占空比与频率电流检测法：通过0.1Ω采样电阻监测工作电流温度监控：使用红外测温仪确保芯片表面<85℃

常见故障排查：

电机抖动 → 检查PWM频率是否低于5kHz驱动芯片发烫 → 确认是否频繁切换正反转无法启动 → 测量VCC电压是否>4.5V

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结语

通过本方案可实现：

单个电机0-100%无级调速正反转快速切换（<200ns响应）四轴飞行器基础姿态控制

项目进阶方向：

结合MPU6050实现闭环控制开发CAN总线多节点控制系统移植FreeRTOS实现多任务调度