D223的PWM电机控制：6路独立脉冲+加减速算法深度解析

采集卡还能控制电机？D223内置6路独立PWM输出，支持脉冲计数和加减速控制，可以直接驱动步进/伺服电机驱动器。本文从硬件到代码，完整解析PWM电机控制方案。

一、硬件基础：达林顿开漏输出

D223的PWM输出采用达林顿开漏输出架构，与数字输出（DO）共用引脚 $img_147$ 。电气特性如下：

参数	规格
通道数	6路独立PWM
输出类型	达林顿开漏（NPN型）
频率范围	1Hz~10kHz（最新固件优化后）
占空比精度	0~100%可调，分辨率0.1%
脉冲数范围	0~65535（16位无符号）
驱动能力	100mA/通道
负载电压	5-24V DC
响应时间	≤10μs

注意：PWM最近已优化到10kHz $note_259$ 。频率下限为10Hz，防止电机运动到最后时刻速率太慢导致运动时间过长 $word_5$ 。

达林顿输出内部为NPN型，外部需要上拉负载才能正常工作。PWM可以驱动步进或伺服电机驱动器，用来发送脉冲控制电机 $word_5$ 。

重要提醒：达林顿管内置续流功能，但仍建议用户在继电器、电磁阀就近放置续流二极管，达林顿只能辅助续流，不能完全替代外部续流二极管 $note_259$ 。

二、PWM参数结构体

D223固件中，PWM参数存储在FRAM中，结构如下 $note_63$ ：

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typedef struct {
    u8  pwmEnable[6];       // PWM使能（6路）
    u16 pwmFreq[6];          // 目标频率
    u16 pwmDuty[6];          // 占空比（×10精度，50% → 500）
    u16 pwmPulseNum[6];      // 脉冲数（0=连续输出）
    u16 pwmAccUnit[6];       // 加减速单位
} pwmDatas;

运行时变量 $note_63$ $note_69$ ：

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u16 presentFreq[6];           // 当前实际频率
u32 pwmPulseTick[6];          // 已发送脉冲计数
u16 pwmCalcDecPulse[6];       // 减速点脉冲数
u8  fineDecPulseFlag[6];      // 减速点是否已确定
u8  motorAccDiv;              // 加减速分频计数器

三、加减速算法详解

3.1 算法触发周期

PWM加减速计算在dio_tim_task()中执行，该函数由1ms定时器调用。但加减速计算每100ms执行一次，通过分频计数器实现 $note_63$ ：

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void dio_tim_task() {
    // ... DIO刷新代码 ...
    
    motorAccDiv++;
    if(motorAccDiv > 100) {   // 100ms执行一次
        motorAccDiv = 0;
        for(ch = 0; ch < 6; ch++) {
            // 加减速计算
        }
    }
}

3.2 三种工作模式

每路PWM有三种工作模式 $note_63$ $note_69$ ：

模式1：未使能

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if(!pwmEnable[ch]) {
    presentFreq[ch] = 10;  // 最低频率10Hz
}

模式2：脉冲数限制模式（加减速）

这是最复杂的模式。算法将脉冲发送分为三个阶段：

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|←------ 加速阶段 ------→|←------ 匀速阶段 ------→|←------ 减速阶段 ------→|
   频率线性递增         保持目标频率       频率线性递减

代码逻辑 $note_69$ ：

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if(pwmPulseNum[ch] != 0) {
    // 第一步：确定减速点
    if(fineDecPulseFlag[ch] == 1) {
        // 还没确定减速点
        if(presentFreq[ch] >= pwmFreq[ch]) {
            // 已达到目标频率
            // 减速脉冲数 = 剩余脉冲数
            pwmCalcDecPulse[ch] = pwmPulseNum[ch] - pwmPulseTick[ch];
            fineDecPulseFlag[ch] = 0;  // 标记已确定
        } else {
            // 还在加速中，暂设为总脉冲数的一半
            pwmCalcDecPulse[ch] = pwmPulseNum[ch] / 2;
        }
    }
    
    // 第二步：频率调整
    if(pwmPulseTick[ch] < (pwmPulseNum[ch] - pwmCalcDecPulse[ch])) {
        // 加速阶段：频率递增
        presentFreq[ch] += pwmAccUnit[ch];
        if(presentFreq[ch] > pwmFreq[ch])
            presentFreq[ch] = pwmFreq[ch];  // 限幅
    } else {
        // 减速阶段：频率递减
        if(presentFreq[ch] > 10)
            presentFreq[ch] -= pwmAccUnit[ch];
    }
    
    // 第三步：脉冲发送完毕
    if(pwmPulseTick[ch] >= pwmPulseNum[ch]) {
        pwmEnable[ch] = 0;  // 自动停止
        // 上报运动完成指令
    }
}

模式3：连续输出模式（无加减速）

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if(pwmPulseNum[ch] == 0) {
    // 脉冲数=0表示连续输出，不参与计数
    // 直接按最大频率输出
    presentFreq[ch] = pwmFreq[ch];
}

3.3 加减速单位

加减速单位（pwmAccUnit）表示每100ms频率的增加值 $word_5$ 。

例如设置为10，则每100ms PWM频率增加10Hz：

时间	频率
0ms	10Hz（起始）
100ms	20Hz
200ms	30Hz
...	...
达到目标频率后	匀速

四、PWM停止状态的特殊设计

PWM在停止状态下，TIM定时器仍在工作，频率约为8.4Hz $word_5$ 。

这个设计是经过权衡的：

不占用中断资源：TIM硬件自动运行，不需要CPU干预
快速响应指令：上位机发来的运动指令响应延时为8.4Hz周期，约±60ms
如果完全关闭TIM，重新启动需要配置寄存器，响应更慢

五、运动完成自动上报

当设置了脉冲数后，脉冲数量发送完成时，采集卡会自动上传一条运动完成指令到上位机，取消PWM使能状态 $word_5$ 。

上位机也可以勾选"自动回读"功能，定期刷新运动状态 $word_5$ 。

六、与其他型号的PWM对比

型号	PWM通道数	频率范围	加减速	占空比精度
DABL7606	4路	1Hz~5kHz	支持	0.1%
DABL7689	4路	1Hz~5kHz	支持	0.1%
DABL-G511	7路	1Hz~5kHz	支持	0.1%
DABM-D223	6路	1Hz~10kHz	支持	0.1%

D223在PWM方面的优势在于频率范围提升到10kHz（最新固件优化后），可以驱动更高速的电机 $note_259$ $ppt_23$ 。

七、资源调度：PWM与采集的共存

当PWM或DAC功能与在线采集同时工作时，在线采集的采样率会被限制在30kHz以下 $note_63$ 。

这是D223固件层面的资源调度策略：在多功能并行时主动降速，确保系统稳定性优先。如果需要全速500KSPS采集，建议关闭PWM和DAC功能。

八、应用场景

场景1：步进电机精密定位

设置脉冲数=1000，加减速单位=10，目标频率=1000Hz。电机先加速到1000Hz，发送完1000个脉冲后自动减速停止。

场景2：多轴同步运动

6路PWM同时使能，分别控制X/Y/Z轴步进电机，实现多轴协调运动。

场景3：伺服电机速度控制

脉冲数设为0（连续模式），直接以目标频率持续输出脉冲，控制伺服电机转速。

九、总结

D223的PWM电机控制方案实现了：

6路独立PWM：可同时控制6个电机轴
脉冲计数控制：精确控制步进电机移动距离
加减速算法：梯形速度曲线，保护电机和机械结构
自动完成上报：脉冲发完后自动通知上位机
10kHz频率：最新固件优化后支持更高速度
与DO共用引脚：灵活的引脚复用设计

下篇预告：《D223的DIO数字接口：边沿检测、外部触发与工业接线方案》