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吊哥FOC学习笔记---第一步

吊哥FOC学习总结

本文基于硬石科技的STM32F407IGT6的主控板移植的，吊哥的主控是STM32F407VET6。这里需要大家注意！

1 开环FOC驱动

开环所需的部件是：

	1、TIM定时器，产生PWM信号，驱动L6234芯片，这里使用定时器1，即M1_PWM1、M1_PWM2、M1_PWM3的引脚分别为：PE9、PE11、PE13。
	2、L6234需要一个使能引脚，我们这里选择PE8作为M1_ENABLE。
	3、编码器部分，用的是绝对模式接口的编码器，SPI通讯模式，因此，我们使用SPI1，即PA5、PA6、PA7分别作为：M1_SPI_SCK、M1_SPI_MISO、M1_SPI_MOSI引脚。
	4、SPI通讯模式需要一个片选引脚，因此我们选择PA4引脚作为M1_SPI_CS。

​ 有了SPI通讯可以获取绝对式编码器的初始角度值，方便校验，使其为零度角位置。剩下的就是需要产生一个PWM信号，去驱动电机芯片L6234运行即可做成开环FOC系统。

​ 为了方便理解吊哥的FOC代码风格，首先吊哥是使用一个SYS_LED引入的，方便我们了解他的代码风格。接下来我也以先点亮SYS_LED为例子，来讲一下吊哥FOC的代码理解，方便大家看懂代码。

1.1 点亮SYS_LED

​ 这里其实灯的引脚每个板子都不一样，我用的硬石科技的板子，他有3个LED灯（LED1：PH9、LED2：PE5、LED3：PE6），我这里就用LED1来移植吧，即定义PH9为SYS_LED，大家可根据自己的开发板进行移植~

​ 具体配置引脚如下所示：
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

​ 关于配置部分，这里介绍一下各个部分如何配置的：

1.1.1 定时器3路通道配置

关于定时器配置，主要是用到了定时器1的3路PWM信号，即PE9、PE11、PE13引脚，其模式配置如下图所示：
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

1.1.2 L6234使能引脚配置

​ L6234的三路PWM信号的使能端口全部都连接在一个引脚上：即PE8引脚，将其配置成GPIO_Output模式，因为是高电平有效，因此在初始化时，我们设置成输出电平为低电平，普通推挽输出，上拉，输出速度因为是长期的变化，因此我们设置成高，其具体配置如下图所示：

在这里插入图片描述

1.1.3 SPI配置

​ SPI通讯是用于跟编码器（TLE5012B E1000）进行通讯的，使用的是绝对式编码器接口，因此只需要上电校验一次即可。这里配置的引脚就是SPI1引脚，即PA5、PA6、PA7引脚，切由于SPI通讯需要一个片选引脚，我们这里选择了PA4作为片选引脚。SPI1的配置如下图所示：

在这里插入图片描述

1.1.4 SPI片选引脚配置

​ 前面说了SPI通讯需要片选引脚拉低才行，因此我们设置的片选引脚是连接到PA4引脚的，PA4配置成：GPIO_Output模式即可，

在这里插入图片描述

最后值得注意的是：我们的定时器是设置了更新中断的，这是方便后面开环的时候，在定时器更新中断中调用FOC控制函数。

1.1.5 定时器更新中断配置

也就是设置定时器1的更新中断为最高等级即可，因为是唯一一个中断，就设置成最高等级默认即可。配置图如下所示：

在这里插入图片描述

最后配置一下时钟树就可以了，如下图所示：

1.1.6 时钟树配置

在这里插入图片描述

上面就完成了所有的开环必备的配置了，接下来我们就可以开启我们的开环FOC之旅了~

1.2 接口函数导入

​ 我们在用STM32CubeMX生成的文件夹中，新建User文件夹，并在User文件夹中，导入相关函数，如下图所示：

在这里插入图片描述

​ 然后我们打开我们的MDK工程，把接口函数加入到我们的KEIL文件中，如下图所示：

在这里插入图片描述

上面其实我们就是导入了能点亮系统LED所需的文件，到时候后期开环的时候还需要加入一些函数，我们讲解开环的时候再介绍。

​ 加下来我们分析一下每一个函数接口的意义。

1.2.1 APP函数

APP：承接main.c文件和我们写的函数相连接的功能，也就是说在main.c中我们只需要在初始化中调用APPMain_Init()函数即可，在while(1)中调用APPMain_Loop()函数即可，我们改变函数仅在APP函数中进行修改，main.c中我们不修改，保持默认用STM32CubeMX产生的形势，如下图所示：

在这里插入图片描述

然后在APP函数中我们在调用我们的接口函数，所有APP函数就类似于一个中介，他起到连接main.c和我们写的接口函数的作用。

在这里插入图片描述

APP函数中只有二个函数：

void APPMain_Init(void)
{
    MCUDriverMain_Init();
    PerDriverMain_Init();
    FunctionMain_Init();
}
void APPMain_Loop(void)
{
    MCUDriverMain_Loop();
    PerDriverMain_Loop();
    FunctionMain_Loop();
}

一个是初始化的函数，一个是循环调用函数。与main.c中的init和while(1)功能一致！

1.2.2 Framework函数

​ 总体而言，Framework中的函数，是一个完全脱离硬件，写的一个实现函数功能的函数，也就是说他不依赖任何硬件，如果是调用它，无论什么硬件，都可直接调用。

​ 依照LEDControl函数为例，其代码为：

#include "LEDControl.h"

volatile uint32_t gLED_TimeCNT;
/*************************************************************
** Function name:       LEDON
** Descriptions:        LED常亮
** Input parameters:    gLED:SLEDControl_Struct结构体指针
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
** Remarks:             None
*************************************************************/
void SetLEDON(PLEDControl_Struct gLED)
{
    gLED->state = LEDState_ON;
    gLED->SetLEDLeave(gLED->onLeave);
}
/*************************************************************
** Function name:       LEDFF
** Descriptions:        LED常灭
** Input parameters:    gLED:SLEDControl_Struct结构体指针
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
** Remarks:             None
*************************************************************/
void SetLEDOFF(PLEDControl_Struct gLED)
{
    gLED->state = LEDState_OFF;
    gLED->SetLEDLeave(!(gLED->onLeave));
}
/*************************************************************
** Function name:       LEDToggle
** Descriptions:        LED闪烁
** Input parameters:    gLED:SLEDControl_Struct结构体指针
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
** Remarks:             None
*************************************************************/
void LEDToggle(PLEDControl_Struct gLED)
{
    gLED->onoff = !gLED->onoff;
    gLED->SetLEDLeave(gLED->onoff);
}
/*************************************************************
** Function name:       LEdRunCycle
** Descriptions:        LED周期执行函数
** Input parameters:    gLED:SLEDControl_Struct结构体指针
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
** Remarks:             None
*************************************************************/
void LEDRunCycle(PLEDControl_Struct gLED)
{
    if(LED_TIMEOUT(gLED->cycle * 1000,gLED->startTime)) {
        gLED->startTime = LED_GETTIME();
        if(gLED->state == LEDState_Toggle) {
            LEDToggle(gLED);
        }
    }
}
/*************************************************************
** Function name:       LEDFlashing
** Descriptions:        LED闪烁
** Input parameters:    gLED:SLEDControl_Struct结构体指针
**                      cycle:闪烁周期(单位ms)
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
** Remarks:             None
*************************************************************/
void SetLEDFlashing(PLEDControl_Struct gLED,float cycle)
{
    gLED->state = LEDState_Toggle;
    gLED->cycle = cycle;
}
/*************************************************************
** Function name:       SetLedStatus
** Descriptions:        设置LEDz状态
** Input parameters:    gLED:SLEDControl_Struct结构体指针
**                      status:LED状态
**                      cycle:闪烁周期(单位ms)
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
** Remarks:             None
*************************************************************/
void SetLedStatus(PLEDControl_Struct gLED,uint8_t status,float cycle)
{
    switch(status) {
        case LEDState_OFF:
            SetLEDOFF(gLED);
            break;
        case LEDState_ON:
            SetLEDON(gLED);
            break;
        case LEDState_Toggle:
            SetLEDFlashing(gLED,cycle);
            break;
    }
}

#ifndef LEDControl_h
#define LEDControl_h
#include "stdint.h"

enum {
    LEDState_OFF = 0,
    LEDState_ON,
    LEDState_Toggle,
};

struct SLEDControl_Struct {
    uint8_t state;//LED运行状态 0:LED常灭 1:LED常亮 2:闪烁
    uint8_t onoff;//当前LED状态
    float cycle;//闪烁周期(单位ms)
    uint8_t onLeave;//点亮电平
    uint32_t startTime;
    void(*SetLEDLeave)(uint8_t leave);//设置LED引脚电平函数
};
typedef struct SLEDControl_Struct LEDControl_Struct;
typedef LEDControl_Struct* PLEDControl_Struct;

/*************************************************************
** Function name:       LED_EXPORT
** Descriptions:        x:对象名字
**                      xonLeave:LED点亮电平
**                      xSetLEDLeave:设置LED引脚电平函数指针
** Input parameters:    None
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
** Remarks:             None
*************************************************************/
#define LED_EXPORT(x,xOnLeave,xSetLEDLeave)   	\
LEDControl_Struct x = {              			\
    .state = LEDState_OFF,                		\
    .onoff = 0,                      			\
    .cycle = 0.0,                    			\
    .onLeave = xOnLeave,             			\
	.startTime = 0,                  			\
    .SetLEDLeave = xSetLEDLeave,     			\
};
extern volatile uint32_t gLED_TimeCNT;

/*************************************************************
** Function name:       SysPower_TIMEBASE
** Descriptions:        时基,放在周期为1ms的函数里面执行
** Input parameters:    None
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
*************************************************************/
#define LED_TIMEBASE(ms)                \
        gLED_TimeCNT+= ms

/*************************************************************
** Function name:       SysPower_GETTIME
** Descriptions:        获取起始时间
** Input parameters:    None
** Output parameters:   None
** Returned value:      (uint32_t)起始时间
*************************************************************/
#define LED_GETTIME(void)                        \
    gLED_TimeCNT

/*************************************************************
** Function name:       SysPower_TIMEOUT
** Descriptions:        检查超时
** Input parameters:    timeOut：(uint32_t)超时时间
**                      startTime:(uint32_t)开始的时间
** Output parameters:   None
** Returned value:      false,未超时，true，超时
*************************************************************/
#define LED_TIMEOUT(timeOut,startTime)           ((gLED_TimeCNT - startTime) >= timeOut ? 1 : 0)

void SetLedStatus(PLEDControl_Struct gLED,uint8_t status,float cycle);
void LEDRunCycle(PLEDControl_Struct gLED);
#endif /* LEDControl_h */

我们会发现其实这个函数中，有6个函数，分别作用为：

#include "LEDControl.h"

volatile uint32_t gLED_TimeCNT;

void SetLEDON(PLEDControl_Struct gLED);                                       ->设置LED点亮
void SetLEDOFF(PLEDControl_Struct gLED);							          ->设置LED熄灭
void LEDToggle(PLEDControl_Struct gLED);			 					      ->设置LED翻转
void LEDRunCycle(PLEDControl_Struct gLED);								      ->设置LED周期性的执行函数
void SetLEDFlashing(PLEDControl_Struct gLED,float cycle);				      ->设置LED闪烁
void SetLedStatus(PLEDControl_Struct gLED,uint8_t status,float cycle);		  ->设置LED状态

在LEDControl.c函数中，其实我们正在需要调用的函数就只有两个函数：

void SetLedStatus(PLEDControl_Struct gLED,uint8_t status,float cycle);		  ->设置LED状态
void LEDRunCycle(PLEDControl_Struct gLED);								      ->设置LED周期性的执行函数

因为在这两个函数中已经包括了其他三个函数，并且实现了一切功能：比如点亮LED、熄灭LED、周期性闪烁LED灯；

有人会问，既然脱离了硬件层，那我们如何通过我们的硬件进行调用呢？

这就是吊哥牛逼的地方，他使用了一个函数叫做LED_EXPORT(x,xOnLeave,xSetLEDLeave)，他将这个脱离硬件层的函数中所有未知量作为LED_EXPORT的形参，我们调用的时候，赋我们的硬件实参，就可以间接性的给这个Framework中的函数赋值！！！不得不佩服这个思路！！！

1.2.3 MCUDriver函数

​ 这个函数主要是调用Hal库中的函数，实现我们所需要的功能，比如说点亮LED灯，我们就使用：

/*************************************************************
** Function name:      SetLedLeave
** Descriptions:       设置LED引脚电平 0：点亮
** Input parameters:   leave：0:低电平 1:高电平
** Output parameters:  none
** Returned value:     none
** Created by:         none
** Created date:       none
*************************************************************/
void SetLedLeave(uint8_t leave)
{
	HAL_GPIO_WritePin(SYS_LED_GPIO_Port, SYS_LED_Pin, leave);
}

这个函数主要是硬件相关的调用。

好了，有了脱离硬件层的代码Framework中的函数，又有了硬件层的代码MCUDriver，那怎么结合在一起？这个时候就出来了一个函数叫：PeripheralsDriver，这个函数的主要目的就是：Framework中的函数+MCUDriver中的函数 == PeripheralsDriver中的函数！！！

1.2.4 PeripheralsDriver函数

首先比如是点亮LED灯，他就弄了一个文件专门结合Framework中的代码和MCUDriver中的代码：LEDConfig.c文件，其内容为：

#include "LEDConfig.h"

#include "LEDControl.h"
#include "LEDGPIO.h"

LED_EXPORT(gSysLed,1,SetLedLeave);   //调用Framework中的接口函数，作为实参赋值给Framework中的形参
									//其中SetLedLeave就说调用MCUDriver中的函数，作为实参赋值给Framework中函数的形参

/*************************************************************
** Function name:       LEDConfigSetYellowLedStatus
** Descriptions:        设置绿色LED状态
** Input parameters:    status：LED状态 0：熄灭 1：常亮 2：闪烁
**                      cycle：周期单位秒
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
** Remarks:             None
*************************************************************/
void LEDConfigSetSysLedStatus(uint8_t status, float cycle)
{
    SetLedStatus(&gSysLed,status,cycle);		//调用Framework中的接口函数
}
/*************************************************************
** Function name:       LEDConfig_Init
** Descriptions:        led初始化
** Input parameters:    None
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
** Remarks:             None
*************************************************************/
void LEDConfig_Init(void)
{
	LEDConfigSetSysLedStatus(LEDConfig_Toggle,1);
}
/*************************************************************
** Function name:       LEDConfig_Loop
** Descriptions:        led周期循环函数
** Input parameters:    None
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
** Remarks:             None
*************************************************************/
void LEDConfig_Loop(void)
{
		LEDRunCycle(&gSysLed);	//调用Framework中的接口函数
}

其中初始化中的函数LEDConfigSetSysLedStatus(LEDConfig_Toggle,1)中的1是不是很熟悉，没错，他就是Framework中的cycle值，这里给的是1ms，如果好奇的同学可以试试改变这个1会怎么样？

大家可以试试将上面的代码改成下面的：

//情况1
#include "LEDConfig.h"

#include "LEDControl.h"
#include "LEDGPIO.h"

LED_EXPORT(gSysLed,1,SetLedLeave);   //调用Framework中的接口函数，作为实参赋值给Framework中的形参
									//其中SetLedLeave就说调用MCUDriver中的函数，作为实参赋值给Framework中函数的形参

/*************************************************************
** Function name:       LEDConfigSetYellowLedStatus
** Descriptions:        设置绿色LED状态
** Input parameters:    status：LED状态 0：熄灭 1：常亮 2：闪烁
**                      cycle：周期单位秒
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
** Remarks:             None
*************************************************************/
void LEDConfigSetSysLedStatus(uint8_t status, float cycle)
{
    SetLedStatus(&gSysLed,status,cycle);		//调用Framework中的接口函数
}
/*************************************************************
** Function name:       LEDConfig_Init
** Descriptions:        led初始化
** Input parameters:    None
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
** Remarks:             None
*************************************************************/
void LEDConfig_Init(void)
{
	//LEDConfigSetSysLedStatus(LEDConfig_Toggle,1);
    LEDConfigSetSysLedStatus(LEDConfig_ON,1);
}
/*************************************************************
** Function name:       LEDConfig_Loop
** Descriptions:        led周期循环函数
** Input parameters:    None
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
** Remarks:             None
*************************************************************/
void LEDConfig_Loop(void)
{
		//LEDRunCycle(&gSysLed);	//调用Framework中的接口函数
}
//情况2
#include "LEDConfig.h"

#include "LEDControl.h"
#include "LEDGPIO.h"

LED_EXPORT(gSysLed,1,SetLedLeave);   //调用Framework中的接口函数，作为实参赋值给Framework中的形参
									//其中SetLedLeave就说调用MCUDriver中的函数，作为实参赋值给Framework中函数的形参

/*************************************************************
** Function name:       LEDConfigSetYellowLedStatus
** Descriptions:        设置绿色LED状态
** Input parameters:    status：LED状态 0：熄灭 1：常亮 2：闪烁
**                      cycle：周期单位秒
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
** Remarks:             None
*************************************************************/
void LEDConfigSetSysLedStatus(uint8_t status, float cycle)
{
    SetLedStatus(&gSysLed,status,cycle);		//调用Framework中的接口函数
}
/*************************************************************
** Function name:       LEDConfig_Init
** Descriptions:        led初始化
** Input parameters:    None
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
** Remarks:             None
*************************************************************/
void LEDConfig_Init(void)
{
	//LEDConfigSetSysLedStatus(LEDConfig_Toggle,1);
    LEDConfigSetSysLedStatus(LEDConfig_OFF,1);
}
/*************************************************************
** Function name:       LEDConfig_Loop
** Descriptions:        led周期循环函数
** Input parameters:    None
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
** Remarks:             None
*************************************************************/
void LEDConfig_Loop(void)
{
		//LEDRunCycle(&gSysLed);	//调用Framework中的接口函数
}
//情况3
#include "LEDConfig.h"

#include "LEDControl.h"
#include "LEDGPIO.h"

LED_EXPORT(gSysLed,1,SetLedLeave);   //调用Framework中的接口函数，作为实参赋值给Framework中的形参
									//其中SetLedLeave就说调用MCUDriver中的函数，作为实参赋值给Framework中函数的形参

/*************************************************************
** Function name:       LEDConfigSetYellowLedStatus
** Descriptions:        设置绿色LED状态
** Input parameters:    status：LED状态 0：熄灭 1：常亮 2：闪烁
**                      cycle：周期单位秒
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
** Remarks:             None
*************************************************************/
void LEDConfigSetSysLedStatus(uint8_t status, float cycle)
{
    SetLedStatus(&gSysLed,status,cycle);		//调用Framework中的接口函数
}
/*************************************************************
** Function name:       LEDConfig_Init
** Descriptions:        led初始化
** Input parameters:    None
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
** Remarks:             None
*************************************************************/
void LEDConfig_Init(void)
{
	LEDConfigSetSysLedStatus(LEDConfig_Toggle,2);
}
/*************************************************************
** Function name:       LEDConfig_Loop
** Descriptions:        led周期循环函数
** Input parameters:    None
** Output parameters:   None
** Returned value:      None
** Remarks:             None
*************************************************************/
void LEDConfig_Loop(void)
{
	LEDRunCycle(&gSysLed);	//调用Framework中的接口函数
}

试试上面的代码，你看看这三种情况的效果，针对你LED的情况，你也许就能领悟到这个调用的风格是多牛逼！！！在这里再说一句，吊哥牛逼！

在最后补充一句，当调用LED闪烁的时候，别忘记把Framework中LEDControl.h中的#define LED_TIMEBASE(ms) gLED_TimeCNT+= ms这个函数放在系统滴答定时器的中断服务函数中，并赋值ms=1，表示没1ms，这个gLED_TimeCNT的值+1，这里主要是调用LEDContrl.c中的

void LEDRunCycle(PLEDControl_Struct gLED)
{
if(LED_TIMEOUT(gLED->cycle * 1000,gLED->startTime)) {
gLED->startTime = LED_GETTIME();
if(gLED->state == LEDState_Toggle) {
LEDToggle(gLED);
}
}
}

这个函数中的技数时间，LED_TIMEOUT(gLED->cycle * 1000,gLED->startTime）这个函数乘以1000，就是表明1ms时间gLED_TimeCNT加1，要+1000次1，那1ms+1，+1000个1是不是1s呢，所有就实现了1s闪烁LED灯的效果~~~大家慢慢领悟吧

下面把滴答定时器中断服务函数中的代码放出来，方便大家借鉴。

在这里插入图片描述

烧写完代码，你的LED灯就会闪烁了~~~第一步就成功了！

今天就到这里，希望对大家有帮助，我也是小菜鸡，初学者，之所以发出来，是希望能帮助到跟我一样的同学，少走弯路~~~

最后，谢谢吊哥的无私开源代码~~~谢谢大佬！！！

DRunCycle(PLEDControl_Struct gLED)
{
if(LED_TIMEOUT(gLED->cycle * 1000,gLED->startTime)) {
gLED->startTime = LED_GETTIME();
if(gLED->state == LEDState_Toggle) {
LEDToggle(gLED);
}
}
}

这个函数中的技数时间，LED_TIMEOUT(gLED->cycle * 1000,gLED->startTime）这个函数乘以1000，就是表明1ms时间gLED_TimeCNT加1，要+1000次1，那1ms+1，+1000个1是不是1s呢，所有就实现了1s闪烁LED灯的效果~~~大家慢慢领悟吧

下面把滴答定时器中断服务函数中的代码放出来，方便大家借鉴。

在这里插入图片描述

烧写完代码，你的LED灯就会闪烁了~~~第一步就成功了！

今天就到这里，希望对大家有帮助，我也是小菜鸡，初学者，之所以发出来，是希望能帮助到跟我一样的同学，少走弯路~~~

最后，谢谢吊哥的无私开源代码~~~谢谢大佬！！！

版权声明：本文为CSDN博主「Lagligelang」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/Lagligelang/article/details/120942772

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Lagligelang

我还没有学会写个人说明！

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