一、项目框图

本项目可以分为三条主要路径。

第一条是功率驱动路径。12V 电源为 H 桥驱动电路和直流有刷电机提供功率输入，H 桥驱动根据控制信号改变电机两端的电压方向，从而实现电机的正转、反转、停止和调速。

第二条是控制信号路径。MCU 输出 PWM 信号和方向控制信号，信号经过隔离电路后送入 H 桥驱动模块。隔离电路可以减少电机侧干扰对控制侧的影响，提高系统可靠性。

第三条是检测反馈路径。电机运行过程中会产生电流和电压变化，检测电路采集这些信号后，经过滤波和放大处理，再送入 MCU 的 AD 采样端。通过采样数据，可以判断电机是否出现过流、堵转或其他异常状态。

整个系统的基本工作流程可以概括为：

12V 电源输入系统，一路直接供给 H 桥和电机，另一路通过 LDO 转换为 3.3V 给控制电路供电。MCU 输出控制信号，经过隔离后驱动 H 桥工作，H 桥控制电机运行。同时，电流检测电路实时采集电机运行状态，并通过滤波放大后反馈给 MCU。

二、部分设计

2.1H桥驱动设计

2.1.1 H 桥的几种工作状态

H 桥驱动直流有刷电机时，常见工作状态主要包括正转、反转、滑行停止和刹车停止。

正转状态下，电机两端得到一个方向的电压，电机正向旋转。

反转状态下，电机两端电压极性反向，电机反向旋转。

滑行停止状态下，H 桥关闭输出，电机失去供电后依靠惯性慢慢停止。这种方式停止比较平缓，但停止时间较长。

刹车停止状态下，H 桥让电机绕组形成回路，电机产生反向制动力，停止速度更快。但刹车过程中可能会产生较大的电流冲击，因此需要结合实际负载情况使用。

在实际应用中，不建议在电机高速正转时直接切换到反转。因为电机具有惯性，直接反向驱动会产生很大的冲击电流，容易导致驱动芯片发热甚至损坏。比较合理的做法是先降低 PWM 占空比，让电机减速或停止后，再切换方向。

2.1.2 PWM 调速原理

直流有刷电机的转速与电机两端的等效电压有关。电压越高，电机转速通常越快；电压越低，电机转速通常越慢。

在实际控制中，通常不会直接改变电源电压，而是使用 PWM 方式调速。

PWM 是脉冲宽度调制的意思。它通过快速控制 H 桥开关管导通和关断，使电机在很短时间内不断接通和断开电源。虽然电源电压仍然是 12V，但由于导通时间比例不同，电机得到的平均电压也不同。

PWM 占空比越大，电机获得的平均电压越高，转速越快。PWM 占空比越小，电机获得的平均电压越低，转速越慢。

例如，电机供电电压为 12V 时，占空比为 50%，可以近似理解为电机得到约 6V 的等效平均电压。占空比为 75% 时，可以近似理解为电机得到约 9V 的等效平均电压。

需要注意的是，这只是理想情况下的等效分析。实际电机转速还会受到负载大小、电机参数、驱动管压降、电源输出能力等因素影响。

另外，电机在低占空比下可能无法启动。因为电机启动时需要克服静摩擦和负载阻力，如果 PWM 占空比较低，电机可能只会发出声音或轻微抖动，而无法正常转动。

2.2 主控

主控芯片采用 STM32F100C8T6，主要负责电机控制信号输出、按键输入检测、ADC 采样以及状态指示。

芯片由 3.3V 供电，电源引脚附近放置多个 100nF 和 4.7uF 去耦电容，用于滤除电源噪声，保证 MCU 稳定运行。

电路中使用 8MHz 晶振作为外部时钟，晶振两端接 22pF 电容，用于提供稳定的系统时钟。

NRST 引脚外接上拉电阻和复位按键，按下按键时 NRST 被拉低，实现手动复位。

SWDIO 和 SWCLK 接到下载接口，用于程序烧录和在线调试。

MCU 输出 MOTOR_1L、MOTOR_1H、MOTOR_2L、MOTOR_2H 等控制信号，用于控制后级 H 桥驱动，实现电机正反转和 PWM 调速。

ADC_CURRENT 用于采集电机电流检测信号，ADC_VOLTAGE 用于采集电压检测信号，方便后续进行过流、欠压等状态判断。

SW6、SW7、SW8 为按键输入，按键端口通过 10kΩ 电阻上拉到 3.3V，按下按键后输入被拉低，MCU 通过检测电平变化判断按键状态。

LED1、LED2、LED3 为状态指示灯，由 MCU 控制点亮或熄灭，可用于显示系统运行状态、电机状态或故障状态。

电路中预留了 USART1 串口接口，主要用于调试信息输出、参数配置或与外部模块通信。

整体来看，主控电路主要完成控制信号输出、采样信号读取、人机交互和状态显示，是整个电机驱动系统的控制核心。

三、软件调试完成功能

按键

SW5：复位

SW6：电机启动 / 停止

SW7：切换电机转动方向，正转/反转

SW8：调节电机转速：慢速、中速、快速；长按超过1.5s电机停止

LED

电机停止：LED全亮

电机正转：流水灯

电机反转：呼吸灯

串口

将AD采集到的电机电压，电流，运行状态在串口打印出来

四、实物图