代码收藏家技术教程 2023-01-13

STM32控制的步进电机驱动设计研究

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前言

采用STM32驱动28BYJ4步进电机，实现正转反转，完成角度调整。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动——一个固定的角度(及步进角)。可以通过控制脉冲个来控制角位移量，从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

一、步进电机

1. 基本概念

步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。因此,步进电动机又称脉冲电动机。

步进电机控制特点：

它是通过输入脉冲信号来进行控制的。
电机的总转动角度由输入脉冲数决定。
电机的转速由脉冲信号频率决定。

相数:产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。

拍数:完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数,以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。

步距角:也叫步进角，对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用0表示。0=360度/(转子齿数J运行拍数)，以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为0=360度/(504) =1.8度(俗称整步)，八拍运行时步距角为0=360度/(50*8）=0.9度（俗称半步）。

保持转矩:（HOLDING TORQUE）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。

空载启动频率:步进电机有一个技术参数:空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速)。

2. 电机结构

原理图：

3. 工作原理

驱动节拍模式：

4. 产品参数

1. 技术参数

2. 外形尺寸（单位mm）

二、ULN2003驱动板

ULN2003是最常见的电机驱动器IC之一，由7对达林顿晶体管对的阵列组成，每对能够驱动高达500mA和50V的负载。该板上使用了七对中的四对。

连接器：可以完美地匹配电动机的电线，这使得将电动机轻松连接到板上非常容易；还有用于四个控制输入的连接以及电源连接。

四个LED：在四根控制输入线上显示活动（以指示步进状态），它们在电机运行时提供良好的视觉效果。

ON / OFF跳线：用于隔离步进电机的电源。

引脚排列

IN1 – IN4脚：用于驱动电动机。将它们连接到stm32上的数字输出引脚。

GND：是常见的接地引脚。

VCC：为电动机供电。将其连接到外部5V电源。由于电机消耗的功率过多，因此切勿使用Arduino的5V电源为步进电机供电。

马达接头：电机插入的地方。该连接器是带键的，因此只能以一种方式进入。

原理图：

三、驱动程序

motor

unsigned int Zz_flag = 0;
unsigned int Fz_flag = 0;
unsigned int Zz_Value = 0;
unsigned int Fz_Value = 0;

void Motor_Init(void)
{
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStruct);
	//GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9);
}
 
void Motor_Zz(void)//正转
{
	Zz_Value = 1;
	Fz_Value = 0;
}
void Motor_Fz(void)//反转
{
	Fz_Value = 1;
	Zz_Value = 0;
}
void Motor_Stop(void)
{
	Zz_Value = 0;
	Fz_Value = 0;
	Motor_A = 0;
	Motor_B = 0;
	Motor_C = 0;
	Motor_D = 0;
}
void Motor_Zz_Function(void)
{
			switch(Zz_flag)//八拍
		{
			case 0 : Motor_A = 1;Motor_B = 0;Motor_C = 0; Motor_D = 0;Zz_flag++;break;//A
			
			case 1 : Motor_A = 1;Motor_B = 1;Motor_C = 0; Motor_D = 0;Zz_flag++;break;//AB
			
			case 2 : Motor_A = 0;Motor_B = 1;Motor_C = 0; Motor_D = 0;Zz_flag++;break;//B
			
			case 3 : Motor_A = 0;Motor_B = 1;Motor_C = 1; Motor_D = 0;Zz_flag++;break;//BC
			
			case 4 : Motor_A = 0;Motor_B = 0;Motor_C = 1; Motor_D = 0;Zz_flag++;break;//C
			
			case 5 : Motor_A = 0;Motor_B = 0;Motor_C = 1; Motor_D = 1;Zz_flag++;break;//CD
			
			case 6 : Motor_A = 0;Motor_B = 0;Motor_C = 0; Motor_D = 1;Zz_flag++;break;//D
			
			case 7 : Motor_A = 1;Motor_B = 0;Motor_C = 0; Motor_D = 1;Zz_flag = 0;break;//DA
			
			default : break;
			
		}
}
void Motor_Fz_Function(void)
{
	switch(Fz_flag)
		{
			case 0 : Motor_A = 1;Motor_B = 0;Motor_C = 0; Motor_D = 1;Fz_flag++;break;//DA
			
			case 1 : Motor_A = 0;Motor_B = 0;Motor_C = 0; Motor_D = 1;Fz_flag++;break;//D
			
			case 2 : Motor_A = 0;Motor_B = 0;Motor_C = 1; Motor_D = 1;Fz_flag++;break;//CD
			
			case 3 : Motor_A = 0;Motor_B = 0;Motor_C = 1; Motor_D = 0;Fz_flag++;break;//C
			
			case 4 : Motor_A = 0;Motor_B = 1;Motor_C = 1; Motor_D = 0;Fz_flag++;break;//BC
			
			case 5 : Motor_A = 0;Motor_B = 1;Motor_C = 0; Motor_D = 0;Fz_flag++;break;//B
			
			case 6 : Motor_A = 1;Motor_B = 1;Motor_C = 0; Motor_D = 0;Fz_flag++;break;//AB
			
			case 7 : Motor_A = 1;Motor_B = 0;Motor_C = 0; Motor_D = 0;Fz_flag=0;break;//A
			
			default : break;
			
		}
}

main

int main()
{
	int key = 0;
	int arr = 50;
	int Motor_flag = 0;
	TIM3_init(99,7199);
	Motor_Init();
	KEY_Init();
	Motor_Zz();
	while(1)
	{
		
		key = Get_Indepedent_Key_Value();
		if(key) 
		{
			switch(key)
			{
				case KEY0_BASE : arr += 10; TIM_SetAutoreload(TIM3,arr);break;
				
				case KEY1_BASE : arr -= 10; TIM_SetAutoreload(TIM3,arr);break;
				
				case KEY_UP_BASE : if(Motor_flag % 2 == 0) Motor_Fz(); else Motor_Zz(); Motor_flag++;break;
				
				default : break;
			}
		} 
			
	}
}