実験1：単一 DC モーターの PWM 制御

実験の目的：

PWM の基本的な動作原理を理解し、PWM によるモーター速度制御を実現します。
STM32 の GPIO 周辺機能のピン設定方法を習得します。
STM32CubeMX で新規プロジェクトを作成し、MDK_ARM プロジェクトファイルを生成できるようになります。
プロジェクトのテストを行います。

PWM の基本原理：

パルス幅変調（PWM）は、信号のデューティ比を調整することでモーターの速度とトルクを制御する技術です。

PWM 信号の定義

デューティ比（Duty Cycle）：PWM 信号の周期に対するハイレベル時間の比率です。デューティ比が高いほど、モーターにかかる平均電圧と電力が大きくなります。

周波数（Frequency）：PWM 信号の繰り返し周波数で、通常は数百 Hz から数 kHz の範囲です。

PWM による DC モーター制御の動作原理

スイッチ制御：PWM 信号は、スイッチング素子（MOSFET や IGBT など）を介してモーターへの電源供給を制御します。スイッチング素子は PWM 信号のハイ/ローの状態に応じて高速に切り替わり、これによってモーターを制御します。

平均電圧：モーターが受けるのは PWM 信号の瞬時電圧ではなく平均電圧です。デューティ比を変えることでモーターの速度を調整できます。

機能要件：

単一の DC モーターを回転駆動します。例えば、まず正転させ、その後逆転させます。

ハードウェアの準備：

STM32 メインボード V1.3 * 1、ST-Link ダウンロードケーブル * 1、3S 電池ボックス * 1、リチウム電池 * 3、エンコーダ付きモーター 30 * 1、エンコーダ付きモーター用ケーブル 2.54 * 1

回路接続：

ハードウェアモジュール

ヒント：ハードウェアおよびソフトウェア環境の設定

UNI-STM32 開発ボード【V1.3】の紹介

UNI-STM32 開発環境の設定【V2.0】

電池および電源モジュール使用上の注意（必読）

電子モジュールの紹介

ピンの説明

ハードウェア	STM32 ピン
エンコーダ付き DC モーター	M1

実際の配線

ソフトウェア設計：

プロジェクトのダウンロード

ソースリンク：（HumansX サポートより提供）

解凍後、1.m1_motor フォルダを参照してください。

プログラムコード

コアコード：main.c

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2025 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "tim.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "motor.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM1_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  Motor_Init(); // motor1 init
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    motor_move_test();  //motor go back test
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Configure the main internal regulator output voltage
  */
  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 4;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 84;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 4;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

操作手順：

全体の流れ：

(1) STM32CubeMX ソフトウェアでピン割り当てと周辺機能の初期化を行い、設定コードを生成します。

(2) Keil5 で MDK_ARM プロジェクトファイルを開き、コードの編集・コンパイル・デバッグを行います。

基本パラメータ：

本ドキュメントの（ハードウェアモジュール）に従って開発環境を設定した後の基本パラメータは以下のとおりです。

ソフトウェアバージョン：STM32CubeMX V6.14.0

ハードウェアプラットフォーム：STM32F407IGT6

コンパイル環境：MDK_ARM V5.3.2

デバッグツール：ST-LINK/V2

1. 新規プロジェクトの作成と MCU の設定

1.1 MCU の選択

STM32CubeMX ソフトウェアを開き、File > New Project をクリックします。

2. MCU のフィルター条件を設定して STM32F407IGT6 を選択し、バージョン欄をクリックしたうえで、最後に Start Project をクリックしてプロジェクト設定を開始します。

プロジェクト設定画面は以下のとおりです。

1.2 クロック設定とコア設定

Pinout & Configuration の System Core で RCC（リセットおよびクロック制御） をクリックします。

HSE クロックソースを Crystal/Ceramic Resonator（水晶またはセラミック発振子）に設定します。

設定が完了すると、対応するピン（OSC_IN と OSC_OUT）が自動的に設定されます（下図の緑色の部分を参照）。

機能：

外部高速水晶発振子（HSE）を接続し、システムに高精度のクロックソースを提供するために使用します。

**RCC_OSC_IN**：水晶入力ピン。

**RCC_OSC_OUT**：水晶出力ピン（フィードバック信号）。

デフォルト機能：

**PH0**：**OSC_IN**（外部水晶入力）。

**PH1**：**OSC_OUT**（外部水晶出力）。

デバッグインターフェースのピンを設定します。System Core で SYS をクリックし、Debug モードを Serial Wire に設定します。

設定が完了すると、対応するピン配置（pin out）が緑色になります。

緑色の部分をクリックすると、具体的な内容を確認できます。

1.3 クロックツリーの設定

クロックパラメータを順に設定します：1. 入力周波数の値を 8 に変更します。2. HSE を選択します。3. PLLCLK を選択します。4. HCLK パラメータを 84 に変更します。その他のパラメータはデフォルトのままで構いません。

ヒント：設定時にはエラーが自動的に検出されます。周波数の設定が誤っている場合は、エラーが赤色で強調表示されます。

2. MCU 初期化パラメータの設定

2.1 USART シリアルポートの設定

PA9 と PA10 をそれぞれ USART1_TX と USART1_RX に設定します。GPIO をクリックし、ピン設定をクリックします（この時点では USART1 が未設定のため、ピンに黄色の警告が表示されます）。

Connectivity —USART1 をクリックし、モードを Asynchronous に設定します（USART1 を設定すると関連ピンが緑色になり、ピン設定が正常であることを示します）。

2.2 プロジェクト管理の設定

デフォルトの画面は以下のとおりです。

プロジェクト名を入力します（任意に命名してください）。

プロジェクトの保存先を選択します（C ドライブには保存しないでください）。

コンパイル環境として MDK_ARM を選択します。

バージョン番号 V5.3.2 を選択します。

ファームウェアパッケージ名とバージョンを確認します。

（ヒント：デフォルトでは Use latest available version にチェックが入っていますが、ローカル PC に最新バージョンがない場合はエラーになります。その場合はパッケージを各自ダウンロードしてローカルにインストールする必要があります。インストール方法は以下のリンクを参照してください。）

UNI-STM32 開発環境の設定【V2.0】（リンク先の「6. よくある設定 Q&A」の Q3 に解決方法があります）

上記の設定が完了すると、下図のようになります。

2. Project Manager > Code Generator ウィンドウを以下のように設定します。

3. Project Manager > Advanced Settings ウィンドウで HAL ライブラリを選択します。

プロジェクトを保存します：File — Save Project をクリックします。

3. GPIO の設定 - M1 モーターのパラメータ

M1 DC モーターのピンパラメータ表：

ピン	パラメータ
PE13	TIM1_CH3
PE14	TIM1_CH4

GPIO をクリックして PE13、PE14 ピンを見つけます。

ピン配置図で PE13 を左クリックして PE13 の機能として TIM1_CH3 を選択し、PE14 を左クリックして PE14 の機能として TIM1_CH4 を選択します。詳細は下図を参照してください（注：ピン割り当てが完了するとピンはオレンジ色になります。これはピン割り当てのみが完了し、対応する周辺機能がまだ有効になっていないことを示します）。

左側の Timers パネルをクリックして TIM1 の設定を選択し、パラメータを設定します。

Channel3（チャンネル3）：PWM Generation CH3
Channel4（チャンネル4）：PWM Generation CH4

このときピンの色が緑色に変われば、正常に設定が完了したことを示します。

プロジェクトファイルを再度保存します。

ヒント：必ずプロジェクトファイルを再度保存してください（主にパラメータを保存するためです）。File — Save Project をクリックします。

4. コードの生成

1. GENERATE CODE をクリックしてコードを生成します。

コードが自動的に生成されます。

コード生成に成功しました。

5. ユーザーコードの追加

上記で生成したフレームワークをもとに、Keil エディタでユーザーコードを追加し、コンパイルとデバッグを行います。

ヒント1：例えば main.c の /* USER CODE BEGIN xx */ と /* USER CODE END xx */ の間にユーザーコードを追加します。

ヒント2：.c ファイルを独自に作成することもできます。

ヒント3：ユーザーコードは自由に記述できます。（コード解説）に掲載されている事例を参考に、模倣しながら学習することもできます。

6. コードのダウンロードとテスト

(1) プロジェクトをダウンロードします。ここではデモを用意しています（本ドキュメントの「ソフトウェア設計 - プロジェクトのダウンロード」から直接ダウンロードできます）。

参考リンク（UNI-STM32 開発環境の設定の「5. プログラムのダウンロード」）を参照してください。

(2) メインボードのスイッチをオンにして、動作を確認します。

実験結果

モーターがまず正転し、その後逆転します。

コード解説

1. ユーザーコードの解説

下図はプロジェクトファイルに追加したユーザーコードです。

2. ユーザーコードのインポート方法

1つ目は、ユーザー定義ファイル（.c や .h など）を自分のプロジェクトフォルダにインポートし、Keil5 IDE で .c ファイルを追加してコンパイルする方法です。

既存のユーザーファイルのインポート：Keil で既存のユーザーファイルをインポートする方法を参照してください。

2つ目は、main.c ファイルにユーザーコードを追加する方法です。

(1) まず参考プロジェクトのコードを開きます。main.c ファイルは主に STM32CubeMX によって自動生成されたものです。このフレームワークをもとに実装したい機能を補完・改善しており、特に /* USER xx で始まり終わるコードを確認してください。下図の赤枠部分が記入したユーザーコードです。

(2) 上記の赤枠部分のコードを自分のプロジェクトの main.c にコピーし、コンパイルしてダウンロードし、動作を確認します。

コミュニケーション・サポート

資料のダウンロード・技術サポートについては、HumansX株式会社までお問い合わせください。