1. PWM 基础与电机控制概述
各位同学，咱们今天聊聊 PWM 控制与电机驱动。说实话，我入行那会儿，第一次调电机驱动板，板子一上电，电机嗡嗡响就是不转。后来才发现，是 PWM 频率没设对。从那以后，我就明白了一个道理——搞电机控制，PWM 是基本功，信号完整性是命根子。
1.1 PWM 基本原理
PWM，全称 Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制。说白了，就是用数字信号模拟模拟信号。你想想看，单片机只能输出 0 或 1，怎么控制电机转得快慢？答案就是——让高电平的时间占比变化。
核心概念：PWM 信号由周期固定的方波组成，通过改变高电平的宽度（即占空比）来调节平均电压。
我习惯把 PWM 比作水龙头：周期就是开关一次的时间，占空比就是开多久。开的时间长，水流大；开的时间短，水流小。电机转速也是这个道理。
| 参数 | 定义 | 单位 |
|---|---|---|
| 周期 (T) | 一个完整 PWM 波形的时间长度 | 秒 (s) |
| 频率 (f) | 1/T，每秒完成的周期数 | 赫兹 (Hz) |
| 占空比 (D) | 高电平时间 / 周期 × 100% | 百分比 (%) |
| 分辨率 | 占空比可调节的步进精度 | 位 (bit) |
1.2 占空比与频率的实战选择
占空比决定了电机的平均电压。比如 12V 供电，50% 占空比，平均电压就是 6V。但这里有个坑——频率选不对，电机要么啸叫，要么发热。
我的经验：直流有刷电机，频率选 10kHz~20kHz 比较稳妥。低于 10kHz，人耳能听到啸叫；高于 20kHz，MOS 管开关损耗会明显增加。
我曾经在一个项目中，为了追求低噪声，把频率设到了 40kHz。结果 MOS 管烫得能煎鸡蛋。后来查资料才发现，频率每翻一倍，开关损耗就翻一倍。嗯，这个教训挺深刻的。
// 以 STM32 定时器为例，设置 10kHz PWM，占空比 50%
// 假设定时器时钟 72MHz，预分频 71，ARR = 99
TIM_HandleTypeDef htim2;
htim2.Instance = TIM2;
htim2.Init.Prescaler = 71; // 72MHz / (71+1) = 1MHz
htim2.Init.Period = 99; // 1MHz / (99+1) = 10kHz
htim2.Init.ClockDivision = 0;
HAL_TIM_PWM_Init(&htim2);
TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;
sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
sConfigOC.Pulse = 50; // 占空比 50%
sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
1.3 电机驱动系统组成
一个完整的电机驱动系统，不是只有单片机和电机。我画了一张图，你看看就明白了。
从图上你能看到，信号从 MCU 出来，经过隔离、驱动、功率级，最后到电机。每个环节都可能引入噪声。我见过不少新手，直接拿 MCU 的 GPIO 去推 MOS 管，结果不是烧 IO 就是电机抖得厉害。
1.4 信号完整性的重要性
信号完整性，英文叫 Signal Integrity，简称 SI。说白了，就是保证 PWM 波形从发出到接收，形状不变、时序不乱。
常见问题：PWM 信号在长线传输中会出现过冲、振铃、边沿变缓。这些问题会导致 MOS 管开关不干脆，轻则发热，重则炸管。
我曾经调试一个 24V 直流电机驱动板，PWM 频率 20kHz，线长 30cm。示波器一看，上升沿有个 5V 的过冲，直接把 MOS 管的栅极击穿了。后来加了栅极电阻和 TVS 管才解决。
信号完整性主要关注三个指标：
- 过冲/下冲：信号超过或低于目标电压的幅度，通常要求 < 10%
- 振铃：信号边沿后的振荡，持续时间越短越好
- 边沿速率：上升/下降时间，太快则 EMI 大，太慢则开关损耗大
我的建议：初次调试时，先用示波器抓一下 PWM 波形。看看上升沿有没有毛刺，下降沿有没有拖尾。这一步能省下后面很多排查时间。
好了，这一章咱们把 PWM 的基础概念、电机驱动系统的组成、信号完整性的重要性都过了一遍。你想想看，这些知识点是不是环环相扣？占空比选不对，电机转不起来；频率选不对，MOS 管发热；信号完整性不好，系统不稳定。搞电机控制，每一步都得扎实。