第4章 GPIO控制电机

4、GPIO控制电机：GPIO初始化、高低电平输出、控制电机正反转、软件延时实现PWM

各位同学，今天我们聊点最基础、也最实在的东西——怎么用GPIO把电机转起来。

你可能会想，GPIO不就是拉高拉低吗？有什么好讲的？

嗯，话是这么说。但我在项目里见过太多人，初始化没配好，电机抖两下就不动了。或者正反转逻辑写反，一上电窗帘就往反方向跑。这些小坑，踩一次就记住了。

4.1 GPIO初始化：别让电机“抖”起来

GPIO初始化，说白了就是告诉芯片：这个引脚要干嘛用。

控制电机，我们一般用推挽输出模式。为什么？因为推挽输出能提供足够的驱动电流，而且高低电平都很“干脆”。

我个人习惯，初始化时会把所有电机控制引脚先拉低。为什么？防止上电瞬间电机乱转。你想想看，如果默认是高电平，电机一上电就全速跑，那多吓人。

核心要点：

模式选择：推挽输出（Push-Pull）
初始电平：全部拉低
速度配置：如果是STM32，建议配成高速（50MHz）
别忘了使能GPIO时钟

代码长这样：

// 以STM32为例
void Motor_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
    // 使能时钟
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    
    // 配置PB0, PB1为推挽输出
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    
    // 初始全部拉低
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
}

我的小经验：

我曾经在初始化时忘了使能时钟，结果GPIO死活拉不高。查了半天，最后发现是时钟没开。嗯，这种低级错误，犯一次就够了。

4.2 高低电平输出：让电机“听话”

初始化完了，就该让引脚输出高低电平了。

控制直流电机，其实就两个状态：正转、反转。怎么实现？用H桥电路。两个GPIO控制两个开关管，一个拉高、一个拉低，电流就流过去了。

代码很简单：

// 电机正转
#define MOTOR_FORWARD()  do{ \
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);   \
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET); \
}while(0)

// 电机反转
#define MOTOR_BACKWARD() do{ \
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET); \
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);   \
}while(0)

// 电机停止
#define MOTOR_STOP()     do{ \
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET); \
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET); \
}while(0)

注意：

千万不要同时拉高两个引脚！那相当于把电源和地短路了。我见过有人调试时手抖了一下，MOS管直接冒烟。嗯，那味道，记忆犹新。

4.3 控制电机正反转：逻辑要清晰

正反转的逻辑其实很简单：

GPIO0	GPIO1	电机状态
0	0	停止（刹车）
1	0	正转
0	1	反转
1	1	禁止（短路）

你可能会问：为什么停止是拉低两个引脚？

因为这样电机两端电压为0，靠惯性慢慢停。如果你想要急停，可以同时拉高两个引脚（但前提是你的H桥支持）。不过窗帘电机一般不需要急停，慢慢停反而更优雅。

4.4 软件延时实现PWM：没有定时器也能调速

好，现在电机能转了。但问题来了——怎么调速？

最直接的办法：用软件延时模拟PWM。

说白了，就是让引脚在“高”和“低”之间快速切换。高电平时间长，电机转得快；低电平时间长，电机转得慢。

代码示例：

// 软件PWM，占空比0-100
void Soft_PWM(uint8_t duty, uint32_t period_ms)
{
    uint32_t high_time = period_ms * duty / 100;
    uint32_t low_time  = period_ms - high_time;
    
    MOTOR_FORWARD();          // 拉高
    delay_ms(high_time);      // 延时高电平时间
    MOTOR_STOP();             // 拉低
    delay_ms(low_time);       // 延时低电平时间
}

关键点：

周期不能太长，否则电机会一抖一抖的。我一般用10-20ms，也就是50-100Hz。
占空比不能太低，低于10%电机可能转不起来。因为启动需要一定的能量。
软件延时不精确，但窗帘电机对速度精度要求不高，够用了。

避坑指南：

我曾经用软件PWM控制窗帘电机，发现低速时电机嗡嗡响。后来一查，是PWM频率太低了，落在了人耳可听范围。把频率提到100Hz以上，声音就消失了。嗯，有时候问题就这么简单。

4.5 完整示例：让窗帘动起来

把上面所有东西串起来，就是一个完整的电机控制程序：

int main(void)
{
    HAL_Init();
    Motor_GPIO_Init();
    
    while(1)
    {
        // 正转3秒，占空比80%
        for(int i=0; i<150; i++)
        {
            Soft_PWM(80, 20);  // 20ms周期，80%占空比
        }
        
        // 停止1秒
        MOTOR_STOP();
        delay_ms(1000);
        
        // 反转3秒，占空比50%
        for(int i=0; i<150; i++)
        {
            Soft_PWM(50, 20);
        }
        
        // 停止1秒
        MOTOR_STOP();
        delay_ms(1000);
    }
}

你看，代码其实不多。但每一步都有讲究。

初始化要配好，电平要拉对，正反转逻辑不能错，PWM频率要合适。把这些基础打牢了，后面用定时器、用硬件PWM，都是锦上添花的事。

好，这一章就到这。下一章我们聊聊怎么用定时器中断来做更精确的PWM控制。到时候你会发现，软件延时虽然简单，但CPU被占着啥也干不了。嗯，那又是另一个故事了。