STM32定时器HALL模式检测三相无刷电机运转状态原理及源代码解析

STM32定时器HALL模式检测三相无刷电机运转状态原理及源代码解析

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/laobaisoft/article/details/131626251

三项无刷电机的三个霍尔元件通常固定安装在电机的定子上，位置相对固定。以下是一个常见的安装位置描述：

1. 霍尔元件A：位于电机的A相定子上，通常与A相的电线连接在一起。在电机的旋转过程中，霍尔元件A会检测到磁极的位置变化。
2. 霍尔元件B：位于电机的B相定子上，通常与B相的电线连接在一起。在电机的旋转过程中，霍尔元件B会检测到磁极的位置变化。
3. 霍尔元件C：位于电机的C相定子上，通常与C相的电线连接在一起。在电机的旋转过程中，霍尔元件C会检测到磁极的位置变化。

这三个霍尔元件通常相互间隔120度，形成一个等边三角形的布局。通过检测霍尔元件的状态变化，可以确定电机转子的角度和位置，进而实现对电机转速和运转方向的准确控制。

您可以利用STM32定时器的HALL模式读取三项无刷电机的相位为120度的三通道编码器信号，从而获取无刷电机的转速和运转方向。下面是详细的原理、应用、示例程序和应用场景说明。

原理

无刷电机通常采用霍尔传感器来检测转子的位置，其中使用了三个霍尔元件，将电机的转子分成六个等分，每个等分对应于电机转一周的六个基本角度。通过检测霍尔元件的状态变化，可以确定转子的角度，进而计算出电机的转速和运转方向。

应用

无刷电机的转速和运转方向是控制电机运行的关键参数，可以应用在各种需要控制电机转速和方向的系统中，例如电动车、机器人、工业自动化等领域。

示例程序

下面是一个使用STM32的HALL模式读取三通道编码器信号的示例程序，该程序可以获取无刷电机的转速和运转方向。

#include "stm32f4xx.h"

// 定义相位信号的GPIO引脚
#define HALL_A_GPIO_PORT GPIOA
#define HALL_A_GPIO_PIN GPIO_Pin_0
#define HALL_B_GPIO_PORT GPIOA
#define HALL_B_GPIO_PIN GPIO_Pin_1
#define HALL_C_GPIO_PORT GPIOA
#define HALL_C_GPIO_PIN GPIO_Pin_2

// 定义定时器TIMx
#define HALL_TIM TIM2

// 定义编码器状态
typedef enum {
    HALL_STATE_1 = 0,
    HALL_STATE_2,
    HALL_STATE_3,
    HALL_STATE_4,
    HALL_STATE_5,
    HALL_STATE_6
} HALL_State;

// 初始化HALL模式
void HALL_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

    // 使能GPIO时钟
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 配置GPIO引脚为输入模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HALL_A_GPIO_PIN | HALL_B_GPIO_PIN |
                                  HALL_C_GPIO_PIN;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置GPIO引脚复用功能
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource0, GPIO_AF_TIM2);
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource1, GPIO_AF_TIM2);
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource2, GPIO_AF_TIM2);

    // 使能定时器时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

    // 配置定时器基本参数
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 65535;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(HALL_TIM, &TIM_TimeBaseStructure);

    // 配置输入捕获模式
    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0;
    TIM_ICInit(TIM2, &TIM_ICInitStructure);

    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0;
    TIM_ICInit(TIM2, &TIM_ICInitStructure);

    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_3;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0;
    TIM_ICInit(TIM2, &TIM_ICInitStructure);

    // 使能定时器
    TIM_Cmd(HALL_TIM, ENABLE);
}

// 获取编码器状态
HALL_State HALL_GetState(void)
{
    uint8_t hall_a = GPIO_ReadInputDataBit(HALL_A_GPIO_PORT, HALL_A_GPIO_PIN);
    uint8_t hall_b = GPIO_ReadInputDataBit(HALL_B_GPIO_PORT, HALL_B_GPIO_PIN);
    uint8_t hall_c = GPIO_ReadInputDataBit(HALL_C_GPIO_PORT, HALL_C_GPIO_PIN);

    if (hall_a == 1 && hall_b == 0 && hall_c == 1)
        return HALL_STATE_1;
    else if (hall_a == 1 && hall_b == 0 && hall_c == 0)
        return HALL_STATE_2;
    else if (hall_a == 1 && hall_b == 1 && hall_c == 0)
        return HALL_STATE_3;
    else if (hall_a == 0 && hall_b == 1 && hall_c == 0)
        return HALL_STATE_4;
    else if (hall_a == 0 && hall_b == 1 && hall_c == 1)
        return HALL_STATE_5;
    else if (hall_a == 0 && hall_b == 0 && hall_c == 1)
        return HALL_STATE_6;
    else
        return HALL_STATE_1;
}

int main(void)
{
    HALL_Init();
    while (1)
    {
        HALL_State state = HALL_GetState();
        // 根据编码器状态计算转速和方向
        // TODO: 在这里添加转速和方向的计算逻辑
        // 延时一段时间
        // TODO: 在这里添加延时逻辑
    }
}

代码注释和实现说明：

以上示例程序中，通过HALL_Init()函数初始化HALL模式，配置了GPIO引脚和定时器。通过HALL_GetState()函数获取编码器的状态，根据状态可以计算出电机的转速和方向。

应用场景说明

该示例程序适用于需要获取无刷电机转速和方向的各种控制系统中，例如电动车控制系统、机器人控制系统、工业自动化控制系统等。可以根据转速和方向来控制电机的转动，实现各种运动方式和控制策略。

总结

通过STM32定时器的HALL模式读取三通道编码器信号，可以获取无刷电机的转速和运转方向。通过编写相应的程序，可以实现对无刷电机的精确控制，适用于各种需要控制电机转速和方向的应用场景。