2. 直流电机方向控制与H桥驱动逻辑实现

H桥驱动逻辑与死区时间验证

H桥由四个开关管组成，对角导通决定电机转向，同侧导通即发生桥臂直通。以常见的L298N双H桥驱动芯片为例，其输入逻辑如下：

方向控制与刹车逻辑实现

以下代码基于STM32 HAL库，使用TIM1的CH1/CH2输出PWM，GPIO控制IN1/IN2方向引脚，实现正转、反转、滑行停止和刹车四种状态，并在换向时插入死区延时。

#include "stm32f1xx_hal.h"

/* 方向引脚定义 */
#define IN1_PIN   GPIO_PIN_0
#define IN2_PIN   GPIO_PIN_1
#define IN_PORT   GPIOA

/* 死区时间：根据MOSFET开关速度设定，此处取5us */
#define DEAD_TIME_US  5

typedef enum {
    MOTOR_FORWARD = 0,
    MOTOR_REVERSE,
    MOTOR_COAST,
    MOTOR_BRAKE
} MotorState_t;

/* 设置电机状态 */
void Motor_SetState(MotorState_t state)
{
    switch (state) {
    case MOTOR_FORWARD:
        /* 先关断PWM，再切换方向，避免换向瞬间直通 */
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, 0);
        HAL_Delay(DEAD_TIME_US / 1000 + 1);
        HAL_GPIO_WritePin(IN_PORT, IN1_PIN, GPIO_PIN_SET);
        HAL_GPIO_WritePin(IN_PORT, IN2_PIN, GPIO_PIN_RESET);
        break;

    case MOTOR_REVERSE:
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, 0);
        HAL_Delay(DEAD_TIME_US / 1000 + 1);
        HAL_GPIO_WritePin(IN_PORT, IN1_PIN, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_GPIO_WritePin(IN_PORT, IN2_PIN, GPIO_PIN_SET);
        break;

    case MOTOR_COAST:
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, 0);
        HAL_GPIO_WritePin(IN_PORT, IN1_PIN, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_GPIO_WritePin(IN_PORT, IN2_PIN, GPIO_PIN_RESET);
        break;

    case MOTOR_BRAKE:
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, 0);
        HAL_GPIO_WritePin(IN_PORT, IN1_PIN, GPIO_PIN_SET);
        HAL_GPIO_WritePin(IN_PORT, IN2_PIN, GPIO_PIN_SET);
        break;
    }
}

/* 设置PWM占空比（0~100） */
void Motor_SetDuty(uint8_t duty)
{
    if (duty > 100) duty = 100;
    uint32_t arr = __HAL_TIM_GET_AUTORELOAD(&htim1);
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, arr * duty / 100);
}

/* 主循环：正转→刹车→反转→刹车 两象限切换测试 */
int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_TIM1_Init();
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);

    while (1) {
        Motor_SetState(MOTOR_FORWARD);
        Motor_SetDuty(60);
        HAL_Delay(2000);

        Motor_SetState(MOTOR_BRAKE);
        HAL_Delay(500);

        Motor_SetState(MOTOR_REVERSE);
        Motor_SetDuty(60);
        HAL_Delay(2000);

        Motor_SetState(MOTOR_BRAKE);
        HAL_Delay(500);
    }
}

死区时间对桥臂直通的影响验证

使用示波器双通道同时观测H桥上下桥臂的栅极驱动信号，验证死区时间是否足够。测试条件：PWM频率10kHz，死区时间分别设为0us、2us、5us，观察上下管栅极波形是否存在交叠。

两象限方向切换测试步骤

1. 将电机轴伸端标记，便于观察转向。
2. 下载程序，上电后电机应先正转2秒，刹车0.5秒，再反转2秒，循环执行。
3. 用示波器CH1接Q1栅极，CH2接Q2栅极，触发方式设为CH1下降沿，观察死区时间内两路波形是否同时为低。
4. 用电流探头监测母线电流，正反转切换瞬间若出现超过额定值3倍以上的尖峰，说明死区不足或换向逻辑有误。
5. 记录正转和反转时电机转向是否相反，刹车时电机是否迅速停转（而非惯性滑行）。