【STM32】控制28BYJ48 步进电机

一、28BYJ48步进电机

28BYJ48是一款乘速步进电机，常用于小型自动化设备和教育学习中。这种电机配合ULN2003驱动板，可以通过单片机进行简单控制。控制步进电机有三种模式，Wave Drive（波形驱动），Full Step Drive（全步驱动）和Half Step Drive（半步驱动），波形驱动和全步驱动的效果差不多，所以本文主要介绍全步驱动和半步驱动。

28BYJ48的主要参数：

全步模式（每圈32步）

在全步模式下，每步激励一个线圈，完整驱动一个电机周期需要 32 步。结合减速比，计算实际输出轴的步距角：

计算公式：

将数据代入：

半步模式（每圈64步）

在半步模式下，每步激励一相或两相线圈，完整驱动一个周期需要 64 步，所以输出轴的步距角会更小：

计算公式：

将数据代入：

二、驱动步进电机

步进电机的每一小步都由四个控制信号来决定。这些控制信号通常是按特定顺序切换的。例如，对于 28BYJ-48 步进电机，有三种控制方式

全步驱动：

波形驱动：

半步驱动：

我们只需要单片机的四个GPIO就可以通过ULN2003驱动步进电机

三、程序设计(源码)

StepMotor.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "StepMotor.h"
#include "Delay.h"

// 记录步进电机的当前位置
int32_t current_position = 0;
int32_t Target_step;
int32_t Current_step;

// 全步模式控制序列
uint8_t full_step[4][4] = {
    {1, 0, 0, 0},
    {0, 1, 0, 0},
    {0, 0, 1, 0},
    {0, 0, 0, 1}
};

// 半步模式控制序列
uint8_t half_step[8][4] = {
    {1, 0, 0, 0},
    {1, 1, 0, 0},
    {0, 1, 0, 0},
    {0, 1, 1, 0},
    {0, 0, 1, 0},
    {0, 0, 1, 1},
    {0, 0, 0, 1},
    {1, 0, 0, 1}
};

// 设置引脚电平
void set_step(uint8_t a, uint8_t b, uint8_t c, uint8_t d) 
{
	GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_14, a ? Bit_SET : Bit_RESET);
    GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_15, b ? Bit_SET : Bit_RESET);		
    GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_12, c ? Bit_SET : Bit_RESET);
    GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_13, d ? Bit_SET : Bit_RESET);	
}

void step_motor(uint16_t steps, uint16_t delay) 
{
    for (uint16_t i = 0; i < steps; i++) 
	{
        for (uint8_t j = 0; j < 8; j++) 
		{
            set_step(half_step[j][0], half_step[j][1], half_step[j][2], half_step[j][3]);
            Delay_ms(delay); // 步间延时
        }
    }
}

// 控制步进电机转到指定的目标位置,4096步为一圈
void StepMotor_SetTarget(int32_t target_position, uint16_t delay) 
{
    // 计算需要移动的步数
    int32_t steps_to_move = target_position - current_position;

    // 确定方向，1 表示正方向，-1 表示反方向
    int8_t direction = (steps_to_move > 0) ? 1 : -1;

    // 取绝对步数
    steps_to_move = (steps_to_move > 0) ? steps_to_move : -steps_to_move;

    static uint8_t step_index = 0;

    for (uint32_t i = 0; i < steps_to_move; i++) 	// 执行步进
	{
        if (direction == 1) 
		{
            step_index = (step_index + 1) % 8; // 顺时针
        } 
		else 
		{
            step_index = (step_index == 0) ? 7 : (step_index - 1); // 逆时针
        }
        set_step(half_step[step_index][0], half_step[step_index][1], half_step[step_index][2], half_step[step_index][3]);
        Current_step += direction;        // 更新当前步数
        Delay_ms(delay);
    }

    // 更新当前位置
    current_position = target_position;
}

void StepMotor_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12 | GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

StepMotor.h

#ifndef __STEPMOTOR_H__
#define __STEPMOTOR_H__

extern int32_t Current_step;
extern int32_t Target_step;

void StepMotor_Init(void);
void set_step(uint8_t a, uint8_t b, uint8_t c, uint8_t d);
void step_motor(uint16_t steps, uint16_t delay);
void StepMotor_SetTarget(int32_t target_position, uint16_t delay); 

#endif

四、补充说明

以上使用了stm32的PB12,13,14,15控制步进电机，以全步模式为例，依次给这四个引脚1000,0100,0010,0001中间在加上步进延时就可以控制步进电机了，通过增加或减少步进延时的长度就可以控制步进电机运行的速度，但是需要注意的是，步进延时不能小于1-2ms，不然会出现丢步现象，步进电机不像舵机一样可以指哪儿到哪儿，它是通过步来确定位置。步进电机使用半步模式走一圈是64步，经过1:64的减速比之后是走一圈4096步，也就是4096步对应着360度，通过控制步进电机走的步数就可以间接控制角度，但是以上代码是用过延时来控制步进电机走一步的频率，对程序的连续性很不友好，后面会再尝试使用定时器中断+状态机实现控制步进电机，可以关注一下~~

作者：A-pezer