代码收藏家技术教程 2024-10-23

学习STM32的步进电机控制

步进电机是一种常见的电机类型，在很多应用中用于精确的位置控制和运动控制。STM32微控制器可以用来控制步进电机，通过编写相应的代码，可以实现步进电机的驱动和控制。本文将详细介绍如何使用STM32控制步进电机的步骤和代码案例。

首先，我们需要了解步进电机的工作原理。步进电机通过逐步激励不同的电磁线圈来实现旋转。根据电磁线圈激励顺序和步进电机类型的不同，可以实现不同的步进模式，例如单相、双相、四相等。在本文中，我们以四相步进电机（也称为两相步进电机）为例进行讲解。

步进电机通常有两种驱动模式：全步进和半步进。在全步进模式下，每个步进脉冲都会使步进电机转动一个固定的角度；在半步进模式下，每个步进脉冲会使步进电机转动一个更小的角度。

接下来，我们将使用STM32控制步进电机的GPIO和定时器功能。GPIO用于激活和驱动步进电机的各个线圈，定时器用于生成固定频率的脉冲信号。

首先，在STM32的开发环境中创建一个新的工程。选择适合的STM32系列和型号，配置好时钟和引脚设置。在本文中，我们以STM32F103C8T6为例。

然后，我们需要初始化GPIO和定时器的功能。打开工程后，在main函数中添加以下代码：

#include "stm32f10x.h"

void GPIO_Setup(void)
{
    // 初始化GPIO口
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

void Timer_Setup(void)
{
    // 初始化定时器
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStructure;
    
    TIM_InitStructure.TIM_Period = 1000 - 1; // 设置定时器周期为1ms
    TIM_InitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1; // 设置定时器分频系数为72
    TIM_InitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_InitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_InitStructure);
    
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

在上面的代码中，我们使用GPIOA的4个引脚（PA0，PA1，PA2，PA3）来连接步进电机的4个线圈。在GPIO_Setup函数中，我们初始化这个GPIO口为输出模式，并且设置工作频率为50MHz。在Timer_Setup函数中，我们初始化定时器2，并且设置定时器的周期和分频系数，以生成1ms的定时器中断。

接下来，我们编写步进电机的驱动函数。在main函数后面添加以下代码：

void StepMotor_MoveCW(uint16_t delay)
{
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3);
    Delay(delay);
    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3);
    Delay(delay);
    
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
    Delay(delay);
    
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1);
    Delay(delay);
    
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
    Delay(delay);
    
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2);
    Delay(delay);
    
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
    Delay(delay);
    
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3);
    Delay(delay);
    
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_3);
    Delay(delay);
    
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_3);
    Delay(delay);
}

void StepMotor_MoveCCW(uint16_t delay)
{
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3);
    Delay(delay);
    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3);
    Delay(delay);
    
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_3);
    Delay(delay);
    
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_3);
    Delay(delay);
    
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3);
    Delay(delay);
    
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
    Delay(delay);
    
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2);
    Delay(delay);
    
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
    Delay(delay);
    
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1);
    Delay(delay);
    
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
    Delay(delay);
}

void Delay(uint32_t nCount)
{
    for(; nCount != 0; nCount--);
}

int main(void)
{
    GPIO_Setup();
    Timer_Setup();
    
    while(1)
    {
        StepMotor_MoveCW(1000);
        StepMotor_MoveCCW(1000);
    }
}

在上述代码中，我们定义了两个步进电机控制函数：StepMotor_MoveCW和StepMotor_MoveCCW，分别用于顺时针和逆时针方向的步进运动。这两个函数通过按照特定的电磁线圈激励顺序，来实现步进电机的驱动。其中，Delay函数用于生成延时，以控制步进电机的转速。

最后，在main函数中使用while循环，使步进电机不断顺时针和逆时针转动。

编译并下载代码到STM32微控制器后，将步进电机的4个线圈与GPIOA的相应引脚连接。通过改变StepMotor_MoveCW和StepMotor_MoveCCW函数中的延时参数，可以调整步进电机的转速。

这就是使用STM32控制步进电机的代码案例。通过上述代码，我们可以了解到如何使用STM32的GPIO和定时器功能，来实现步进电机的驱动和控制。在实际应用中，我们可以根据具体需求扩展和优化这些代码，实现更复杂的步进电机控制功能。

作者：大黄鸭duck.