【STM32CubeMX】位置式PID调节控制输出电压（超详解） |
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【STM32CubeMX】位置式PID调节控制输出电压（超详解）
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本文将借助STM32CubeMX来配置ADC、DMA、DAC、USART，并利用PID位置式算法实现对输出电压进行AD采集通过PID算法调节DAC，获取到我们想要的电压值。 讲解的主要知识： 何为PID以及为何需要PIDSTM32CubeMX创建STM32源代码 1、何为PID以及为何需要PID以下是PID控制的整体框图，过程描述为：设定一个输出目标，反馈系统传回输出值，如与目标不一致，则存在一个误差，PID根据此误差调整输入值，直至输出达到设定值。 疑问：那我们为什么需要PID呢？比如我想要利用DAC输出一个1.65V电压，直接输出不就可以了吗？ 这里必须要先说下我们的目标，因为我们所有的控制无非就是想输出能够达到我们的设定，即如果我们设定了一个目标电压值，那么我们想要一个什么样的电压值变化呢？ 比如设定目标电压值为1.65V，目标无非是希望其能够快速而且没有抖动的达到1.65V。 那这样大家应该就明白，如果只是使用DAC输出一个数字信号，外界出现的误差（例如导线、噪声等原因）都可能影响到最终输出的数值，因此我们需要利用PID调节最终读取到我们想要的值。
2.1 所用工具： 芯片：STM32F103RCT6IDE：MDK-Keil软件STM32F1xxHAL库2.2 知识概括： STM32CubeMX创建ADC、DMA、DAC、USART例程Keil软件程序编写2.3 工程创建 1、芯片选择 芯片：STM32F103RCT6（根据自己的板子来进行选择） 4、ADC利用DMA传输 设置DMA传输模式：循环传输（有数据就传输），同时设置高优先级 7、配置时钟 F1系列芯片系统时钟为72MHzs
9、输出文件 ②处：复制所用文件的.c和.h③处：每个功能生产独立的.c和.h文件
10、创建工程文件 点击GENERATE CODE 创建工程 11、配置下载工具 这里我们需要勾选上下载后直接运行 首先编写pid.c与pid.h文件代码，这里编写的是pid位置式算法。 （1）pid.h #ifndef __PID_H__ #define __PID_H__ #include "main.h" typedef struct { float SetVoltage; //定义设定值 float ActualVoltage; //定义实际值 float err; //定义偏差值 float err_last; //定义上一个偏差值 float Kp,Ki,Kd; //定义比例、积分、微分系数 float result; //pid计算结果 float voltage; //定义电压值（控制执行器的变量）0-5v右转 5-10v左转 float integral; //定义积分值 }pid_p; void PID_init( void); float PID_realize( float v, float v_r); #endif（2）pid.c #include "pid.h" #include "stdio.h" pid_p pid; //pid位置式 void PID_init() { printf("PID_init begin \n"); pid.SetVoltage= 0.0; // 设定的预期电压值 pid.ActualVoltage= 0.0; // adc实际电压值 pid.err= 0.0; // 当前次实际与理想的偏差 pid.err_last=0.0; // 上一次的偏差 pid.voltage= 0.0; // 控制电压值 pid.integral= 0.0; // 积分值 pid.Kp= 0.2; // 比例系数 pid.Ki= 0.15; // 积分系数 pid.Kd= 0.2; // 微分系数 printf("PID_init end \n"); } float PID_realize( float v, float v_r) { pid.SetVoltage = v; // 固定电压值传入 pid.ActualVoltage = v_r; // 实际电压传入 = ADC_Value * 3.3f/ 4096 pid.err = pid.SetVoltage - pid.ActualVoltage; //计算偏差 pid.integral += pid.err; //积分求和 pid.result = pid.Kp * pid.err + pid.Ki * pid.integral + pid.Kd * ( pid.err - pid.err_last);//位置式公式 pid.err_last = pid.err; //留住上一次误差 return pid.result; }（3）在main.c加上： /* USER CODE BEGIN Includes */ #include "stdio.h" #include "pid.h" /* USER CODE END Includes */ /* USER CODE BEGIN PD */ #define ADC_Channel_MAX 2 /* USER CODE END PD */ /* USER CODE BEGIN PV */ uint16_t ADC_DMA_Value[ADC_Channel_MAX]; // DMA得到ADC的值 uint16_t ADC_Value = 0; uint16_t DAC_Value = 100; /* USER CODE END PV */ /* USER CODE BEGIN 0 */ /** * 函数功能: 重定向c库函数printf到DEBUG_USARTx * 输入参数: 无 * 返 回 值: 无 * 说 明：无 */ int fputc(int ch, FILE *f) { HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff); return ch; } /** * 函数功能: 重定向c库函数getchar,scanf到DEBUG_USARTx * 输入参数: 无 * 返 回 值: 无 * 说 明：无 */ int fgetc(FILE *f) { uint8_t ch = 0; HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff); return ch; } /* USER CODE END 0 */（4）在ADC初始化之后加上AD校准函数： /* USER CODE BEGIN 2 */ HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1); // f1系列需要ADC校准，f4不需要 HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t *)&ADC_DMA_Value,ADC_Channel_MAX); // 启动ADC的DMA转换 PID_init(); /* USER CODE END 2 */（5）while中加上： HAL_DAC_SetValue(&hdac, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, DAC_Value); // 设置DAC数值 HAL_DAC_Start(&hdac,DAC_CHANNEL_1); // 开启DAC输出 ADC_Value = ADC_DMA_Value[0]; printf("%0.2f\r\n", ADC_Value*3.3/4096); // 这里设置输出1.65V DAC_Value = DAC_Value + PID_realize(2048, ADC_Value); HAL_Delay(100);（6）用一根杜邦线连接PA0（ADC1_IN0）与PA4（DAC），然后串口连接电脑（我这里利用USB转TLL连接电脑，RX接PA9（USART1_TX），TX接PA10（USART1_RX）） （7）之后就可以完成正常读取，刚打开串口时： 以上就是利用PID调节控制获取我想要设定的电压值。 |
Eg：要求输出1.65V，控制输出1.65V，其实得到的是1.6V，如果控制输出1.68V，那么可能可以得到1.65V，其实就是缩减目标与实际之间的误差。
2、设置RCC 设置高速外部时钟HSE 选择外部时钟源 
3、设置ADC引脚 ADC1通道0即PA0，开启连续转换模式，转换周期：55.5Cycles 
5、开启DAC输出 
6、开启USART1 设置异步通信，波特率115200Bits/s 
8、项目创建最后步骤
（8）PID调节稳定后（DAC输出1.65V）： 
程序下载地址：https://download.csdn.net/download/weixin_44270218/13981014【本文地址】
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