Mbed OS 下驱动步进电机

为了进一步加深Mbed OS下 C++类的印象，我们来编写一个步进电机的控制类。

步进电机的优点：

1.   机密定位，步进电机的旋转角度脉冲数量由决定，不会有积累误差。所有可以做到比较精密。
2. 低速时扭矩大
3. 响应快（启动/停止/反向）
4. 无电刷，所以非常可靠
5. 由于可以实现低速，所有不需要减速机，直接和主轴连接。

步进电机的缺点

1.   难以实现高速
2.   效率低
3.   没有反馈
4. 步进电机应用于3D打印机，打印机，摄像机云台等应用。

步进电机的连接方式

步进电机有许多种接线方式，常用的是4 相5 线连接。

 

步进电机的控制序列

控制步进电机的方法比较简单，只要按规律向1，2，3，4 线发送脉冲就可以了，下表总结了控制序列

步进电机的控制方式

步进电机一个脉冲走一步（step），步数/圈其实也就是步进电机走一圈所用的步数。我们选择的步进电机，每一步走1.8 度。也就是说，步进电机转360 度需要200个脉冲。

步进电机接口的驱动

  处理器的GPIO驱动的能力不能直接驱动步进电机的，需要增加驱动能力，在Modular-2 模块化电脑中，我们使用MOS 管驱动的数字输出IO扩展板来驱动步进电机。最大电流可达2A。

Mbed OS 中代码

  我们将步进电机的控制封装成一个类Step，类定义（sMotor.h)

#include "mbed.h"

class sMotor {
public:

    sMotor(PinName A0, PinName A1, PinName A2, PinName A3); //motor constructor

    void step(int num_steps, int direction, int speed);
    void anticlockwise();
    void clockwise();
    void stop();

private:
    uint8_t state;
    DigitalOut _A0;
    DigitalOut _A1;
    DigitalOut _A2;
    DigitalOut _A3;

};

 这个类中有三个成员函数

   anticlockwise 逆时针

    逆时针方向走一步

 clockwise顺时针

瞬时钟方向走一步

step(int num_steps, int direction, int speed);

走num_step 步。

direction 是方向 0-顺时针，1-逆时针。

speed 为速度

sMotor.cpp 代码

#include "sMotor.h"

#include "mbed.h"

int motorSpeed; // Steper speed

sMotor::sMotor(PinName A0, PinName A1, PinName A2, PinName A3) : _A0(A0), _A1(A1), _A2(A2), _A3(A3) { // Defenition of motor pins
    _A0=1;
    _A1=1;
    _A2=1;
    _A3=1;
    state=0;
}


void sMotor::anticlockwise() { // rotate the motor 1 step anticlockwise 
  

        switch (state) { // activate the ports A0, A2, A3, A3 in a binary sequence for steps
            case 0: {
                _A0=1;
                _A1=1;
                _A2=1;
                _A3=0;
            }
            break;
            case 1: {
                _A0=1;
                _A1=1;
                _A2=0;
                _A3=0;
            }
            break;
            case 2: {
                _A0=1;
                _A1=1;
                _A2=0;
                _A3=1;
            }
            break;
            case 3: {
                _A0=1;
                _A1=0;
                _A2=0;
                _A3=1;
            }
            break;
            case 4: {
                _A0=1;
                _A1=0;
                _A2=1;
                _A3=1;
            }
            break;
            case 5: {
                _A0=0;
                _A1=0;
                _A2=1;
                _A3=1;
            }
            break;
            case 6: {
                _A0=0;
                _A1=1;
                _A2=1;
                _A3=1;
            }
            break;
            case 7: {
                _A0=0;
                _A1=1;
                _A2=1;
                _A3=0;
            }
            break;
        }
    
      if (state==7) state=0;else state=7;

        wait_us(motorSpeed); // wait time defines the speed 
  
}

void sMotor::clockwise() { // rotate the motor 1 step clockwise 
 

        switch (i) {
            case 0: {
                _A0=1;
                _A1=1;
                _A2=1;
                _A3=0;
            }
            break;
            case 1: {
                _A0=1;
                _A1=1;
                _A2=0;
                _A3=0;
            }
            break;
            case 2: {
                _A0=1;
                _A1=1;
                _A2=0;
                _A3=1;
            }
            break;
            case 3: {
                _A0=1;
                _A1=0;
                _A2=0;
                _A3=1;
            }
            break;
            case 4: {
                _A0=1;
                _A1=0;
                _A2=1;
                _A3=1;
            }
            break;
            case 5: {
                _A0=0;
                _A1=0;
                _A2=1;
                _A3=1;
            }
            break;
            case 6: {
                _A0=0;
                _A1=1;
                _A2=1;
                _A3=1;
            }
            break;
            case 7: {
                _A0=0;
                _A1=1;
                _A2=1;
                _A3=0;
            }
            break;
        }
      if (state==0) state=7;else state--;

        wait_us(motorSpeed); // wait time defines the speed 
   
}
void sMotor::step(int num_steps, int direction, int speed) {// steper function: number of steps, direction (0- right, 1- left), speed (default 1200)
    int count=0; // initalize step count
    motorSpeed=speed; //set motor speed
    if (direction==0) // turn clockwise
        do {
            clockwise();
            count++;
        } while (count

主程序

#include "mbed.h"
#include "sMotor.h"

Serial pc(USBTX, USBRX);
sMotor motor(PE_13, PE_14, PE_8, PB_1); // creates new stepper motor: IN1, IN2, IN3, IN4
DigitalOut Enable(PA_8);
DigitalOut Reset(PE_6);
int step_speed = 1200 ; // set default motor speed
int numstep = 200 ; // defines full turn of 360 degree

int main() {
     int sel;
     int i;
     Enable=1;
     Reset=1;
     Reset=0;
     Enable=0;
    //Credits
    printf("4 Phase Stepper Motor v0.1 - Test Program\r\n")

  while(1)
  {
        motor.step(numstep*2,0,step_speed);
        wait(1);
         motor.step(numstep*2,1,step_speed);
        wait(1);
      } 
}

 顺时针转2圈，逆时针转两圈。

       你可以不了解sMotor 类的实现，直接使用这个类。任何一个复杂的系统都是由简单的组件构成的。关键是我们要掌握构建的方法。

正是因为Mbed OS 采取了C++类来构建库和API,使得编写应用程序异常地简单。