基于STM32与IFX007T的电机驱动全解析（无人机/机器人实战）

系列文章目录

1.元件基础
2.电路设计
3.PCB设计
4.元件焊接
5.板子调试
6.程序设计
7.算法学习
8.编写exe
9.检测标准
10.项目举例
11.职业规划

一、硬件系统架构

1.1 核心部件简介

STM32微控制器
采用ARM Cortex-M内核的32位MCU（如STM32F103C8T6），具备：

• 多路PWM输出能力（最高72MHz主频）
• 12位ADC采集接口
• 丰富的GPIO扩展接口
• 硬件定时器精准控制

IFX007T电机驱动芯片
英飞凌半桥驱动芯片特性：

• 最大驱动电流：70A（峰值）
• 工作电压范围：5.5- 集成过温/过流保护
• 支持PWM调速控制

典型应用场景

• 四轴无人机电机驱动
• 智能小车双轮差速控制
• 机械臂关节驱动

二、核心原理详解

2.1 PWM调速技术

工作原理
通过调节脉冲占空比（Duty Cycle）控制平均电压：

• 占空比公式：D = (Ton / T) × 100%
• 频率选择：建议8-20kHz（避免可闻噪声）

STM32实现方案
使用TIM定时器生成PWM：

// PWM初始化示例（HAL库）
TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
htim3.Instance = TIM3;
htim3.Init.Prescaler = 71;          // 72MHz/72 = 1MHz
htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim3.Init.Period = 999;            // 1MHz/1000 = 1kHz
HAL_TIM_PWM_Init(&htim3);

sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
sConfigOC.Pulse = 500;              // 初始占空比50%
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim3, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);

2.2 H桥驱动原理

IFX007T内部结构
包含两个半桥电路，通过INH（使能端）和IN（输入信号）控制：

 ┌───────┐       ┌───────┐
 │ 高边MOS │      │ 低边MOS │
 └───┬───┘       └───┬───┘
     │               │
     └──────M───────┘

真值表
| INH | IN1 | IN2 | 电机状态 |
|–|---------|
| 1 | 1 | 0 | 正转 |
| 1 | 0 | 1 | 反转 |
| 0 | X | X | 停止 |

三、硬件连接详解

3.1 典型接线图

STM32F103C8T6         IFX007T
PA8 (PWM1)  ---> IN1
PA9 (PWM2)  ------> IN2
PC13 (EN)   ---> INH
           │
           ├── 12V电源输入
           └── 电机接口

3.2 关键电路设计

1. 电源隔离

   • 逻辑电源：3.3V（STM32供电）
   • 驱动电源：独立12V/5A电源
   • 添加100μF电解电容+0.1μF陶瓷电容滤波

2. 信号隔离
   推荐使用光耦隔离电路（如PC817）：

   STM32 GPIO -> 电阻220Ω -> PC817输入
   PC817输出 -> IFX007T控制端
   

四、软件控制逻辑

4.1 基础控制函数

// 电机使能控制
void Motor_Enable(GPIO_PinState state) {
    HAL_GPIO_WritePin(EN_GPIO_Port, EN_Pin, state);
}

// 设置电机转向和速度
void Motor_SetSpeed(int16_t speed) {
    if(speed >= 0) {
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, speed); // 正转PWM
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2, 0);
    } else {
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 0);
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2, -speed);
    }
}

4.2 无人机应用示例

四电机控制逻辑：

void Drone_Control(uint16_t m1, uint16_t m2, uint16_t m3, uint16_t m4) {
    Motor_FL_Set(m1);  // 前左电机
    Motor_FR_Set(m2);  // 前右电机
    Motor_RL_Set(m3);  // 后左电机
    Motor_RR_Set(m4);  // 后右电机
}

五、安全注意事项

1. 电源安全

   • 电机电源与逻辑电源必须隔离
   • 上电顺序：先逻辑电源后驱动电源

2. 散热设计

   • IFX007T需安装散热片
   • 持续电流超过20A需强制风冷

3. 保护机制

   // 过流检测示例
   if(HAL_GPIO_ReadPin(OC_GPIO_Port, OC_Pin) == GPIO_PIN_RESET) {
       Motor_Shutdown();  // 立即切断输出
   }
   

六、常见问题排查