教你让步进电机动起来

gaosmile

步进电机特点：

• 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
  
  
  
  

步进电机主要用于一些有定位要求、进行精确控制的场合。特别适合要求运行平稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高输出扭矩的应用场合。比如3D打印机、工业机器人等场景。

步进电机在工业机器人中的应用

步进电机相关概念：

• 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
  控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。现在市场上常规的二、四相混合式步进电机基本步距角都是1.8°。
  
  

相关问题：

问题：有一步进电机参数，如下：
[电压 12VDC  
相数 4  
减速比 1/64  
步距角 1.8° /64
驱动方式 四相八拍 ]
请问： 步距角1.8°/64 ，后面的 “/64”表示什么意思？此步进电机转一圈，要多少步？

答案：12VDC的步进电机，L298N的VS接12V直流电源。步进电机本身到电机轴之间是有一级齿轮减速的，64指减速比，即：电机本身的转子转64圈，输出的电机轴才转1圈。步距角1.8° /64表示，每走动64拍，转过角度为1.8度，转一圈共需要(360/1.8)*64=12800拍(步)

---

若是新手，不知道怎么设计电机驱动电路，可以直接购买电机驱动模块，市面上这种功能模块非常多，比如L298N电机驱动模块，只需要单片机6个IO外加一个电机供电电源即可驱动步进电机。

L298N主要参数说明

• 控制信号供电：直流5V；
• 电机供电：直流3V~46V（建议使用36V以下）
• 最大工作电流：2.5A
• 额定功率：25W
• 控制信号输入电压范围：
  
  
  • 低电平：-0.3V <= Vin <= 1.5V
  • 高电平：2.3V <= Vin <= Vss
    
    
• 使能信号输入电压范围：
  
  
  • 低电平：-0.3V <= Vin <= 1.5V（控制信号无效）
  • 高电平：2.3V <= Vin <= Vss（控制信号有效）
    
    
• L298N芯片的输入电压有两个:

  如果步进电机为5VDC供电，那么VSS和VS可以短接到一起；
  VSS和VS两个电源要共地；
  L298N使用的过程中，发热较大，最好添加散热片。

  
  
  
  
  • VSS：逻辑电压，提供逻辑器件的电源，允许4.5~7V，建议为5V。
  • VS：小于或等于46V，供给电机，和L298内部输出端的工作电源，根据电机的额定电压来接。
    
    

如果想自己设计电路实现电机的驱动，可以参考如下电路。

L298N原理图

应用实例

驱动步进电机

驱动四线两相电机，四个状态为1、AB正电压；2、A-B正电压；3、A-B-正电压；4、AB-正电压。

程序中使能ENA和ENB之后，令StepMotor_OUT1~StepMotor_OUT4按四个状态变化，时序控制如下图所示，即可控制步进电机的方向：

实现代码1. 驱动步进电机的引脚初始化

1. 
   
2. void StepMotor_Init(void)
   
3. {
   
4.         GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
   
5.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);       //使能PB,PC端口时钟
   
6.         
   
7.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
   
8.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
   
9.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
   
10.         GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
    
11.         GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_6);
    
12.         GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_7);
    
13.         
    
14.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15;
    
15.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    
16.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
17.         GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    
18. 
    
19.         L298D_1AA = 0;
    
20.         L298D_2AA = 0;
    
21.         L298D_3AA = 0;
    
22.         L298D_4AA = 0;
    
23.         L298D_12ENA = 0;
    
24.         L298D_34ENA = 0;
    
25. }

复制代码

2. 两相电机驱动代码，包括正转和反转

1. 
   
2. void TwoPhaseMotor(unsigned char nInputData ,unsigned char nDirection)
   
3. {
   
4.         if(1 == nDirection)             //逆时针
   
5.         {
   
6.                 switch(nInputData)
   
7.                 {
   
8.                         case 1:
   
9.                         {
   
10.                                 L298D_1AA = 0;
    
11.                                 L298D_2AA = 1;
    
12.                                 L298D_3AA = 0;
    
13.                                 L298D_4AA = 1;
    
14.                         }
    
15.                         break;
    
16.                         case 2:
    
17.                         {
    
18.                                 L298D_1AA = 0;
    
19.                                 L298D_2AA = 1;
    
20.                                 L298D_3AA = 1;
    
21.                                 L298D_4AA = 0;
    
22.                         }
    
23.                         break;
    
24.                         case 3:
    
25.                         {
    
26.                                 L298D_1AA = 1;
    
27.                                 L298D_2AA = 0;
    
28.                                 L298D_3AA = 1;
    
29.                                 L298D_4AA = 0;
    
30.                         }
    
31.                         break;
    
32.                         case 4:
    
33.                         {
    
34.                                 L298D_1AA = 1;
    
35.                                 L298D_2AA = 0;
    
36.                                 L298D_3AA = 0;
    
37.                                 L298D_4AA = 1;
    
38.                         }
    
39.                         break;
    
40.                 }
    
41.         }
    
42.         else if(0 == nDirection)        //顺时针
    
43.         {
    
44.                 switch(nInputData)
    
45.                 {
    
46.                         case 1:
    
47.                         {
    
48.                                 L298D_1AA = 1;
    
49.                                 L298D_2AA = 0;
    
50.                                 L298D_3AA = 0;
    
51.                                 L298D_4AA = 1;
    
52.                         }
    
53.                         break;
    
54.                         case 2:
    
55.                         {
    
56.                                 L298D_1AA = 1;
    
57.                                 L298D_2AA = 0;
    
58.                                 L298D_3AA = 1;
    
59.                                 L298D_4AA = 0;
    
60.                         }
    
61.                         break;
    
62.                         case 3:
    
63.                         {
    
64.                                 L298D_1AA = 0;
    
65.                                 L298D_2AA = 1;
    
66.                                 L298D_3AA = 1;
    
67.                                 L298D_4AA = 0;
    
68.                         }
    
69.                         break;
    
70.                         case 4:
    
71.                         {
    
72.                                 L298D_1AA = 0;
    
73.                                 L298D_2AA = 1;
    
74.                                 L298D_3AA = 0;
    
75.                                 L298D_4AA = 1;
    
76.                         }
    
77.                         break;
    
78.                 }
    
79.         }
    
80. }

复制代码

上面函数调用一次，步进电机走一步，对上面函数进行封装，既得到走任意步，可控制方向的函数：

1. 
   
2. void TwoPhaseMotorNCircle(int n,unsigned char direction)
   
3. {
   
4.     int i,j;
   
5.         
   
6.     L298D_12ENA = 1;    //只有转的时候使能，否则持续供电，芯片和电机过热。
   
7.     L298D_34ENA = 1;
   
8.    
   
9.     for(i=0;i<n;i++)
   
10.     {
    
11.         for(j=1;j<=4;j++)
    
12.         {
    
13.             TwoPhaseMotor(j,direction);
    
14.             delay_ms(2);
    
15.         }
    
16.     }
    
17.    
    
18.     L298D_12ENA = 0;
    
19.     L298D_34ENA = 0;
    
20. }

复制代码

3. 主函数中调用说明：

• 硬件实现中串口2与ESP8266模块相连，使用cJSON解析收到的阿里云物联网的数据包；
• 收到的{"owerSwitch":1)，电机转动，{"owerSwitch":0}，电机停止；
• 收到电机转动指令之后，此程序让步进电机左转N圈之后，再右转N圈，如此反复，所以为了不影响程序对其他指令的响应，所以将控制步进电机转动的步进代码放到了定时器中执行，主程序中，只控制ENA和ENB的使能开关
  
  

JSON字符串解析参考之前的网文：Keil环境下STM32工程加入cJSON

主函数代码如下：

1. 
   
2. int main(void)
   
3. {
   
4.         //解析payload数据包使用
   
5.         cJSON *receive_json, *item_obj;
   
6.          
   
7.         u16 i;
   
8.         u16 uart2Len=0;
   
9.          
   
10.         u8 dtbuf[50];   //打印缓存器
    
11.                  
    
12.         NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    
13. 
    
14.         USART2_RX_STA=0;
    
15.         memset(USART2_RX_BUF, 0, sizeof(USART2_RX_BUF));
    
16.         
    
17.         memset(dtbuf,'\0',50);
    
18. 
    
19.         //初始化
    
20.         //延时函数初始化
    
21.         delay_init();
    
22.                   
    
23.         uart_init(115200);                      //串口1:Debug,初始化为115200
    
24.         uart2_init(115200);
    
25.         
    
26.         //定时器3,--步进电机使用
    
27.         TIM3_Int_Init(99,7199);         //1ms中断
    
28.         TIM3_Set(0);
    
29. 
    
30.         StepMotor_Init();
    
31.         
    
32.         printf("System Init OK \r\n");
    
33.         
    
34.         //主循环
    
35.         while(1)
    
36.         {
    
37.                 //ESP8266
    
38.                 if(USART2_RX_STA&0x8000)
    
39.                 {
    
40.                         uart2Len=USART2_RX_STA&0x3f;
    
41.                     
    
42.                         receive_json = cJSON_Parse(USART2_RX_BUF);      //创建JSON解析对象，返回JSON格式是否正确
    
43.                         if (!receive_json)
    
44.                         {
    
45.                                 printf("JSON格式错误:%s\r\n", cJSON_GetErrorPtr()); //输出json格式错误信息
    
46.                         }
    
47.                         else
    
48.                         {
    
49.                                 printf("JSON格式正确:\n%s\r\n",cJSON_Print(receive_json) );
    
50.                                 item_obj = receive_json->child; //获取name键对应的值的信息
    
51.                                 
    
52.                                 while(item_obj)
    
53.                                 {
    
54.                                         char * string = item_obj->string;
    
55.                                        
    
56.                                         if(!strcmp(string,"PowerSwitch"))
    
57.                                         {
    
58.                                                 if(item_obj->valueint==1)
    
59.                                                 {
    
60.                                                         L298D_12ENA = 1;        //只有转的时候使能，否则持续供电，芯片和电机过热。
    
61.                                                         L298D_34ENA = 1;
    
62.                                                         
    
63.                                                         TIM3_Set(1);
    
64.                                                         
    
65.                                                         nRotationCounting = 0;
    
66.                                                         
    
67.                                                         stuAliOSIoT.PowerSwitch = 1;
    
68.                                                         
    
69.                                                         printf("PowerSwitch:1\r\n");
    
70.                                                 }
    
71.                                                 else if(item_obj->valueint==0)
    
72.                                                 {
    
73.                                                         //步进电机运动停止
    
74.                                                         L298D_12ENA = 0;
    
75.                                                         L298D_34ENA = 0;
    
76.                                                         
    
77.                                                         TIM3_Set(0);
    
78.                                                         
    
79.                                                         stuAliOSIoT.PowerSwitch = 0;
    
80.                                                         
    
81.                                                         printf("PowerSwitch:0\r\n");
    
82.                                                 }
    
83.                                         }
    
84.                                        
    
85.                                         item_obj = item_obj->next;
    
86.                                 }
    
87.                                 
    
88.                                 cJSON_Delete(receive_json);
    
89.                                 
    
90.                         }
    
91.                         
    
92.                         USART2_RX_STA=0;
    
93.                         memset(USART2_RX_BUF, 0, sizeof(USART2_RX_BUF));   //清空数组
    
94.                 }
    
95.                                 
    
96.                 delay_ms(10);
    
97.         }
    
98.         
    
99. }

复制代码

定时器中代码如下：

1. 
   
2. //定时器3中断服务程序
   
3. void TIM3_IRQHandler(void)
   
4. {
   
5.         if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)//是更新中断
   
6.         {
   
7.                 TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update  );  //清除TIM3更新中断标志
   
8.                
   
9.                 nRotationCounting++;
   
10.                 if(nRotationCounting > nSingleCycleDataPoints)
    
11.                 {
    
12.                         if(nRotationDirection==0)
    
13.                         {
    
14.                                 nRotationDirection=1;
    
15.                         }
    
16.                         else if(nRotationDirection==1)
    
17.                         {
    
18.                                 nRotationDirection=0;
    
19.                         }
    
20.                         
    
21.                         nRotationCounting=0;
    
22.                 }
    
23.                
    
24.                 if(stuAliOSIoT.PowerSwitch)
    
25.                 {
    
26.                         if(nRotationDirection==0)                       //正转
    
27.                         {
    
28.                                 TwoPhaseMotor(nRotationCounting%4+1,0);                         //顺时针
    
29.                         }
    
30.                         else if(nRotationDirection==1)          //反转
    
31.                         {
    
32.                                 TwoPhaseMotor(nRotationCounting%4+1,1);
    
33.                         }
    
34.                 }
    
35.                
    
36.                 //TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);  //关闭TIM3
    
37.         }
    
38. }

复制代码

实物图

电源座用于提供外部VS供电；