基于STM32的风扇模块实验

实验内容

• 熟练应用PWM，并控制风扇转动。
• 编写程序，使得风扇能够以不同的速度转动。

实验目的

• 熟悉风扇模块的使用；
• 了解PWM的概念；
• 能够编程实现用PWM控制风扇；
• 了解霍尔元件的工作原理。

实验环境

实验所需硬件

序号	名称	数量	备注
1	电脑	1台	系统Windows7及以上
2	STM32底座模块	2个	·
3	风扇模块	1个	·
4	ST-Link下载器	1个	·
5	ST-Link下载器连接线	1根	·
6	风扇模块实验代码	1份	·

实验所需软件

• MDK5 安装步骤

• ST-LINK 驱动安装步骤

• Git 软件下载(可选)

ST-Link下载器 & ST-Link下载器连接线

STM32底座：HIVE PRO STM32是一种基于STM32F103C8T6芯片的蜂巢底座。

风扇模块

实验要求

• 理解PWM相关概念，能够计算PWM频率、周期和占空比等相关参数；
• 能够用IO口来模拟生成PWM波形并控制电机；
• 能够画出程序流程图。

实验原理

风扇模块相关知识介绍

PWM以及占空比：

PWM是Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制）的简称，图3.5.5所展示的是PWM的波形，PWM从波形上看就是一系列周期变化的脉冲波形。

所谓的占空比（duty）即Ton脉冲持续的时间与周期T的比值，计算公式如下图所示。

占空比的变化范围可以从0%到100%，当占空为0%时，输出一直为低，当占空为100%时，输出一直为高。在本次的实验中，PWM波通过CC2530的IO口模拟生成，生成PWM的基本原理如下图所示：

霍尔传感器介绍：

霍尔器件是一种基于霍尔效应的磁传感器。霍尔效应简单的说是通电的半导体薄片，加上和薄片表面垂直的磁场B，在薄片的横向两侧会出现一个电压，如下图（图中的Vh称为霍尔电压）。

当电机转速加快时，流过线圈的电流势必加大，霍尔电压也会随之增加，所以通过采集电机输出的霍尔电压，就能知道风扇转速。

硬件设计

电机的电源V-通过N-MOS管Q1接地，要使电机转动，PWM需输出高电平。当PWM的占空比增大时电机的转速也会随之增大。

实验步骤

① 将风扇模块安装在STM32底座上，ST_LINK连接电脑与STM32底座，如下图所示：

② 访问github,进入github界面后点击Code，Clone HTTPS安全链接，如下图所示：

③ 打开电脑终端，进入工作目录workspace (workspace 为工程文件夹所在目录)：

$ cd workspace

④ 运行clone命令：

$ git clone https://github.com/aiotcom/eps.git  

下载目录至指定文件夹下。
如果提示“command not found”表示电脑没有安装Git，请至Git官网下载。
如果电脑没有安装 Git 软件，也可以进入Github，点击 Code -> DownLoad ZIP 下载所有工程代码。如下图所示：

如果电脑没有公网，可以进：D盘\实验教程与代码选择相应的代码。

⑤ 打开MDK5工程软件，点击工具栏： ` Project -> Open Project，选择工程文件：基于STM32的模块实验\14.风扇模块\风扇模块程序\USER\FAN.uvprojx` 并打开。

⑥ 点击 Rebuild 重新编译。如下图：

⑦ 编译成功，如下图：

⑧ 点击 Download 按钮下载程序，如下图所示：

⑨ 下载完成后，将USB线进行重连操作（即：将STLink的USB线从底座上取下，再重新接上）。

⑩ 观察实验：程序运行后，风扇全速转动。

代码讲解

① 程序目录结构，如下图。CORE文件夹为STM32内核代码，HALLIB文件文件夹为底层HAL库文件。我们主要关心，main.c及HARDWARE中的代码。

② main.c风扇PWM信号初始化。每隔5秒改变一次风扇转速度。

    int main(void)
    {
        HAL_Init();//初始化HAL库  
        TIM4_PWM_Init(64-1,2000-1);//初始化定时器

        while(1)
        {
            PWM_SetTIM4Compare2(500);//高速
            delay_ms(5000);
            PWM_SetTIM4Compare2(1200);//中速
            delay_ms(5000);
            PWM_SetTIM4Compare2(1500);//低速
            delay_ms(5000);
            PWM_SetTIM4Compare2(2000);//关闭风扇
            delay_ms(5000);
        }
    }

常见问题

1. 弹出警告窗口，不能下载程序。

   • 请确认STLink驱动、STM32F103C8的DFP包是否安装。
   • STLink仿真器是否正常接入。

2. 下载代码后程序没观察到实验现象。

   • 请重新上电，或者按下底座上的复位按键。
   • 模块没有安装稳妥。

实验思考

1. 修改代码使用GPIO输出高低电平，控制风扇转动。

2. 修改代码使用GPIO模拟PWM信号实现风扇转速控制。