代码收藏家技术教程 2023-04-23

【STM32篇】4988驱动步进电机

本文介绍的步进电机驱动为毕设所用，学习时也借鉴了其他博主和商家的资料，介绍的都很详细。但对于刚入门的友友萌来说，可能还会存在的一些不解。而我就是被卡在驱动电源上。下文为我对4988驱动的一些理解，希望能帮助到刚学习步进电机的朋友。

4988驱动IC价格便宜驱动简单，但在驱动步进电机时，电机会存在的明显震动。下一篇文章将实现TMC2208驱动IC控制步进电机。

一、简介

A4988 是一款完全的微步电动机驱动器，带有内置转换器，易于操作。该产品可在全、半、1/4、1/8 及 1/16 步进模式时操作双极步进电动机，输出驱动性能可达 35 V 及 ±1 A。A4988 包括一个固定关断时间电流稳压器，该稳压器可在慢或混合衰减模式下工作。转换器是 A4988 易于实施的关键。只要在“步进”输入中输入一个脉冲，即可驱动电动机产生微步。无须进行相位顺序表、高频率控制行或复杂的界面编程。A4988 界面非常适合复杂的微处理器不可用或过载的应用。在微步运行时，A4988 内的斩波控制可自动选择电流衰减模式（慢或混合）。在混合衰减模式下，该器件初始设置为在部分固定停机时间内快速衰减，然后在余下的停机时间慢速衰减。混合衰减电流控制方案能减少可听到的电动机噪音、增加步进精确度并减少功耗。提供内部同步整流控制电路，以改善脉宽调制 (PWM) 操作时的功率消耗。内部电路保护包括：带滞后的过热关机、欠压锁定(UVLO) 及交叉电流保护。不需要特别的通电排序。

A4988 采用表面安装 QFN 封装 (ES),尺寸为 5 mm × 5mm, 标称整体封装高度为 0.90 mm ，并带有外露散热板以增强散热功能。该封装为无铅封装（后缀–T），采用 100% 雾锡电镀引脚框。

图1.HR4988

如图1所示为HR4988步进电机驱动模块非A4988，是一款国产pin to pin完全可替换A4988的驱动芯片。至于为什么选择HR4988而不用A4988？也就是懵懂无知，买了一款绿色的驱动模块，在学习过程中弄坏了，就想试试红色的。但二者的配置过程一致。

图2.4988模块和控制板

二、主要引脚介绍

图3.A4988典型应用示意图

图4.HR4988典型应用示意图

VMOT – 电机电源正极（A4988可用电源电压为8V ~ 35V，HR4988为8~32V）注：此引脚用于连接为电机供电的电源

GND – 电机电源接地

2B, 2A – 电机绕组2控制引脚

1A, 1B – 电机绕组1控制引脚

VDD – 逻辑电源正极（3 – 5.5伏）注：此引脚用于为4988电机驱动板供电

GND – 逻辑电源接地

ENABLE – 使能引脚（低电平有效）

引脚说明：此当此引脚为低电平时，A4988才能进行电机驱动工作，当该引脚为高电平，A4988将不会进行电机驱动工作。如果该引脚悬空，则A4988默认为使能状态。即该引脚没有连接任何电平时，A4988可以正常工作。

MS1, MS2, MS3 – 驱动模式引脚

引脚说明：这三个引脚控制A4988微步细分驱动模式。通过这三个引脚的逻辑电平，我们可以调整A4988驱动电机模式为全、半、1/4、1/8 及 1/16 步进模式。Table1图中右侧的表格里有具体如何调节这三个引脚电频以及A4988在不同的电平组合下的驱动模式。表格中“L”代表低电平，“H”代表高电平。“FULL”为全步进，“HALF”为半步进，“QUATER”为1/4步进, “EIGHTH”为1/8步进, “SIXTEENTH”为1/16步进。当MS1, MS2, MS3这几个引脚悬空时，A4988默认为全步进电机驱动模式。

RESET – 复位引脚

引脚说明：该引脚为低电平有效，即当该引脚为低电平时，A4988将复位。如果该引脚悬空，则A4988默认为高电平。即该引脚没有连接任何电平时，A4988可以正常工作。

SLEEP – 睡眠引脚

引脚说明：当该引脚连接电平为低电平时，A4988将进入低能耗睡眠状态，即消耗最小的电能。如果无需使用SLeep功能，则可以将SLEEP引脚与RESET引脚连接，则A4988将持续保持正常能耗状态而不会进入低能耗状态。

STEP – 步进引脚

引脚说明：此引脚用于通过Arduino等微控制器向A4988发送脉冲控制信号，A4988接收到此信号后，会根据 MS1, MS2 和 MS3引脚控制电机运转。占空比50%。

DIR – 方向引脚

引脚说明：通过此引脚可以调整A4988控制电机运行方向。当此引脚为低电平，A4988将控制电机顺时针旋转。高电平则逆时针旋转。

驱动模式：

本次使用的二相步进电机步距角为1.8°，在全步模式下，给STEP一个脉冲信号，电机转动1.8°。半步模式下，一个脉冲信号电机的转动角度为1.8°/2,依次类推。

三、实验器材

stm32f103c8t6最小系统；

ST-Link烧录器；

4988步进电机驱动模块；

步进电机驱动控制板；

42步进电机；

12V开关电源；

导线若干；

开发环境：Keil_5

图5.实验器材

硬件连接模拟图：

图6.硬件连接模拟图

如图6为MCU与驱动器和电机的连接示意图，可在面包板上完成接线，外部驱动电源（8-35V）需要在电源正极与负极之间接一个47uF电容保护驱动器。而我在选择电源的时候选择了24V2A开关电源，接线的时候需要讲开关电源的负极与开发板GND连接（共地）。也许是正负极接反了（猜测），导致上电后烧坏驱动器和开发板。

后续使用的驱动芯片为HR4988,将面包板换为控制板（如下图7），控制板的电压要求为9V，在理论上可以接8~32V，但问客服就说只能接9V。最后使用12V1A开关电源给驱动IC供电。

图7.4988控制板

控制板两个GND相连，SLEEP引脚也与RESET引脚连接，MS1、MS2、MS3采用拨动开关设置步进模式。使用控制板的好处就是只需将ENABLE、STEP 、DIR与MCU的IO相连，可节约IO资源（相较于面包板）。

四、程序设计

引脚连接：

ENABLE	PB3
DIR	PB5
STEP	PB8

控制板5V接开发板5V引脚，控制板GND接开关电源负极与开发板GND，控制板9V接12V开关电源正极。

初始化配置

将PB8设置为复用推挽输出模式，使用定时器4通道3输出PWM,控制电机运转。

void MOTOR_Init(void)
{
    //1.引脚初始化
    GPIO_InitTypeDef motor_gpio_init;
    motor_gpio_init.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5| GPIO_Pin_3;
    motor_gpio_init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    motor_gpio_init.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB,&motor_gpio_init);    //DIR ENABLE 通用推挽输出模式
    motor_gpio_init.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
    motor_gpio_init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(GPIOB,&motor_gpio_init);    //STEP 复用推挽输出
    
    //2.定时器初始化配置
    TIM_DeInit(TIM4);
    TIM_TimeBaseInitTypeDef motor_TimeInit;
    motor_TimeInit.TIM_Prescaler = 31;                    //预分频值
    motor_TimeInit.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    motor_TimeInit.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//向上计数模式
    motor_TimeInit.TIM_Period = 3999;                    //重装载值
    motor_TimeInit.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数值
    TIM_TimeBaseInit(TIM4,&motor_TimeInit);                //基本计数模式
    
    TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,ENABLE);            //配置更新中断
    TIM_ClearFlag(TIM4,TIM_FLAG_Update);                //清除更新中断位
    
    TIM_OCInitTypeDef motor_OCInit;
    TIM_OCStructInit(&motor_OCInit);
    motor_OCInit.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    motor_OCInit.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    motor_OCInit.TIM_Pulse = 1499;
    TIM_OC3Init(TIM4,&motor_OCInit);                    //配置通道3PWM
    //失能motor 
    MOTOR_STOP();
    MOTOR_ENABLE;
    MOTOR_DIR_CW;                                        //顺时针
    //MOTOR_DIR_CCW;
}

中断服务函数

通过拨动步进开关，设置为1/16步进模式。实现电机正转一圈反转一圈反复循环。

void TIM4_IRQHandler(void)
{
    if(RESET != TIM_GetITStatus(TIM4,TIM_IT_Update))
    {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM4,TIM_IT_Update);        //清除中断标志位
        motor_sleep++;
        if(motor_sleep==3200)    //改变转向
        {
            MOTOR_STOP();        //停止运转
            motor_sleep=0;
            motor_dir=!motor_dir;
            if(motor_dir)        //顺时针
            {
                MOTOR_DIR_CW;
                MOTOR_START();
            }
            else
            {
                MOTOR_DIR_CCW;
                MOTOR_START();
            }
        }
    }
}

五、演示

4988驱动步进电机

六、程序代码

mian.c


#include "motor.h"
#include "systick.h"

void clock_config(void);
void nvic_config(void);

int main(void)
{
    clock_config();        //配置RCC时钟
    nvic_config();        //配置中断优先级
    MOTOR_Init();        //motor初始化
    MOTOR_START();
    while(1)
    {

    }
}
void clock_config(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE);
}
void NVIC_IQR_Confing(uint8_t nvic_IRQChannel,uint8_t nvic_PreemptionPriority, uint8_t nvic_SubPriority)
{
    NVIC_InitTypeDef nvic_Init;
    nvic_Init.NVIC_IRQChannel = nvic_IRQChannel;//中断号
    nvic_Init.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = nvic_PreemptionPriority;//抢占优先级
    nvic_Init.NVIC_IRQChannelSubPriority = nvic_SubPriority;//子优先级
    nvic_Init.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;//启用中断优先级
    NVIC_Init(&nvic_Init);
}
void nvic_config(void)
{
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//配置中断优先级分组
    NVIC_IQR_Confing(TIM4_IRQn,1,0);
}

motor.c



#include "motor.h"
/*
引脚连接：
        PB5 - DIR                方向引脚
        PB8 - STEP TIM4_CH3        步进引脚
        PB3 - ENABLE            使能引脚
*/
uint16_t  motor_sleep;
uint8_t motor_dir=1;
void MOTOR_Init(void)
{
    //1.引脚初始化
    GPIO_InitTypeDef motor_gpio_init;
    motor_gpio_init.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5| GPIO_Pin_3;
    motor_gpio_init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    motor_gpio_init.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB,&motor_gpio_init);    //DIR ENABLE 通用推挽输出模式
    motor_gpio_init.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
    motor_gpio_init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(GPIOB,&motor_gpio_init);    //STEP 复用推挽输出
    
    //2.定时器初始化配置
    TIM_DeInit(TIM4);
    TIM_TimeBaseInitTypeDef motor_TimeInit;
    motor_TimeInit.TIM_Prescaler = 31;                    //预分频值
    motor_TimeInit.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    motor_TimeInit.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//向上计数模式
    motor_TimeInit.TIM_Period = 3999;                    //重装载值
    motor_TimeInit.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数值
    TIM_TimeBaseInit(TIM4,&motor_TimeInit);                //基本计数模式
    
    TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,ENABLE);            //配置更新中断
    TIM_ClearFlag(TIM4,TIM_FLAG_Update);                //清除更新中断位
    
    TIM_OCInitTypeDef motor_OCInit;
    TIM_OCStructInit(&motor_OCInit);
    motor_OCInit.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    motor_OCInit.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    motor_OCInit.TIM_Pulse = 1499;
    TIM_OC3Init(TIM4,&motor_OCInit);                    //配置通道3PWM
    //失能motor 
    MOTOR_STOP();
    MOTOR_ENABLE;
    MOTOR_DIR_CW;                                        //顺时针
    //MOTOR_DIR_CCW;
}

//中断服务函数
void TIM4_IRQHandler(void)
{
    if(RESET != TIM_GetITStatus(TIM4,TIM_IT_Update))
    {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM4,TIM_IT_Update);        //清除中断标志位
        motor_sleep++;
        if(motor_sleep==3200)    //改变转向
        {
            MOTOR_STOP();        //停止运转
            motor_sleep=0;
            motor_dir=!motor_dir;
            if(motor_dir)        //顺时针
            {
                MOTOR_DIR_CW;
                MOTOR_START();
            }
            else
            {
                MOTOR_DIR_CCW;
                MOTOR_START();
            }
        }
    }
}
/*
    \brief：    设置motor运转速度
    \param：    speed: 速度
                速度=(1/2M) * speed * (1.8/16)  度/秒
    \retval：    none
*/
void MOTOR_Set_Speed(uint16_t speed)
{
    TIM_SetAutoreload(TIM4,speed-1);
    TIM_SetCompare3(TIM4,speed/2-1);
}

//设置步进模式 （用于MS1、MS2、MS3与单片机IO连接时使用）
#if 0
void setMotorStepMod(uint8_t stepMod)
{
    switch(StepMode)
        {
            case MOTOR_FULL_STEP:
                                MOTOR_MS1(0);
                                MOTOR_MS2(0);
                                MOTOR_MS3(0);
                break;
            case MOTOR_HALF_STEP:
                                MOTOR_MS1(1);
                                MOTOR_MS2(0);
                                MOTOR_MS3(0);
                break;
            case MOTOR_QUARTER_STEP:
                                MOTOR_MS1(0);
                                MOTOR_MS2(1);
                                MOTOR_MS3(0);
                break;
            case MOTOR_EIGHTH_STEP:
                                MOTOR_MS1(1);
                                MOTOR_MS2(1);
                                MOTOR_MS3(0);
                break;
            case MOTOR_SIXTEENTH_STEP:
                                MOTOR_MS1(1);
                                MOTOR_MS2(1);
                                MOTOR_MS3(1);
                break;
            default :
                                MOTOR_MS1(1);
                                MOTOR_MS2(1);
                                MOTOR_MS3(1);
                break;
        }
}
#endif

motor.h

#ifndef _MOTOR_H_
#define _MOTOR_H_

#include "stm32f10x.h"

#define MOTOR_DIR_CW GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5)        //顺时针
#define MOTOR_DIR_CCW GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5)        //逆时针
#define MOTOR_ENABLE GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_3)
#define MOTOR_STOP() TIM_Cmd(TIM4,DISABLE)                    //停止转动
#define MOTOR_START() TIM_Cmd(TIM4,ENABLE)                    //开始转动

#define MOTOR_FULL_STEP             0 //满步
#define MOTOR_HALF_STEP             1 //二分之一步
#define MOTOR_QUARTER_STEP        2      //四分之一步
#define MOTOR_EIGHTH_STEP            3 //八分之一步
#define MOTOR_SIXTEENTH_STEP    4      //十六分之一步 

extern uint8_t motor_dir;

void MOTOR_Init(void);
void MOTOR_Set_Speed(uint16_t speed);

#endif