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stm32精密控制步进电机(基础篇）

news 2024/10/23 5:29:39

步进电机的精确控制是嵌入式系统和自动化领域中的一个常见需求。STM32微控制器因其强大的处理能力和丰富的外设接口，成为实现步进电机精密控制的理想选择。本文将详细介绍如何使用STM32微控制器通过精确计算和输出脉冲的个数来控制步进电机转动特定的角度。

步进电机的工作原理

步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的执行机构。每接收一个脉冲信号，电机轴就转动一个固定的角度，这个角度称为步进角。步进电机的控制通常涉及以下几个方面：

脉冲计数：根据步进电机的步进角和目标角度，计算出所需的脉冲总数。
脉冲频率：控制脉冲的频率可以调整电机的转速。
脉冲顺序：确定脉冲的顺序以控制电机的旋转方向。

STM32控制步进电机的硬件设计

1. STM32F103C8T6介绍

STM32F103C8T6是ST公司的ARM Cortex-M3内核微控制器，具有72MHz的最大频率，64KB Flash和20KB SRAM，以及多个定时器和通信接口。

2. 步进电机驱动电路

本项目使用A4988步进电机驱动模块，它能够提供最高35V/2A的驱动能力，支持全步、半步和微步驱动。

3. 系统整体框图

4. STM32控制步进电机的软件设计

4.1 STM32CubeMX配置

配置时钟：设置系统时钟为72MHz。
配置GPIO：PA0为STEP信号输出，PA1为DIR方向控制，PA2为ENABLE使能控制。
配置定时器TIM2：预分频器为71，计数周期为1000，触发中断。

4.2 驱动程序编写

创建stepper.c和stepper.h文件，实现步进电机控制相关函数。

4.3 主程序流程

5. 关键代码实现

5.1 GPIO初始化

void Stepper_GPIO_Init(void) {GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

5.2 定时器初始化

void Stepper_TIM_Init(void) {__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();htim2.Instance = TIM2;htim2.Init.Prescaler = 71;htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;htim2.Init.Period = 1000;htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;HAL_TIM_Base_Init(&htim2);HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);
}

5.3 步进电机控制函数

void Stepper_Move(int steps, uint16_t speed) {if(steps > 0) {HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);  // 设置方向} else {HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);steps = -steps;}remaining_steps = steps;TIM2->ARR = 1000000 / speed - 1;  // 设置速度HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);  // 使能驱动器
}void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {if(htim->Instance == TIM2) {if(remaining_steps > 0) {HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_0);  // 翻转STEP引脚remaining_steps--;} else {HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim2);  // 停止定时器中断HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);  // 禁用驱动器}}
}