利用stm32控制步进电机 速度&&加速度控制

利用stm32控制步进电机

尝试用42系步进电机做倒立摆，总结步进电机控制

• stm32f407控制
• Microstep Driver驱动器

---

一、Miocrostep Driver驱动

高精度系列二相混合式步进电机多细分驱动器

1、使用说明：

1、VCC&GND：20~40V DC；
2、A+A- B+B-：接二相混合式步进电机的2相；
3、工作额定电流：3A；
4、拨码开关SW1~SW8：下拨代表ON（驱动器上有文字指示），上拨代表OFF；
5、拨码开关SW4~SW6：选择下拨(ON)或(OFF)时，M403列对应电流值；
6、拨码开关SW1~SW3：ON和OFF选择对应细分数；
7、Ena- Ena+：使能信号输入；（拉低使能）
8、Pul- Pul+：脉冲信号输入；
9、Dir- Dir+：方向信号输入; （从正面看，拉高逆时针，拉低正时针）

2、特性：

1、外壳上标注参数直观清晰；
2、单/双脉冲输入兼容；
3、双极恒流斩波方式驱动、微步控制、电源损耗低效率高；；
4、直流宽电压范围供电，DC20~40V；
5、最大驱动电流3A/相；
6、高细分：最高可定制为256细分；
7、所有控制信号光电隔离；
8、输入脉冲频率最大400KHz；
9、驱动器外壳与地电绝缘。
10、静止时锁定电流可在0～100％范围内选择。
11、可通过调节改善电机振动。
12、输入信号TTL兼容，同时可接受差分信号输入;
13、20KHz斩波频率;
14、高可靠性：采用多层板和表面贴封，功率器件留有足够裕量;

二、控制

步进电机通过发送脉冲信号控制，每收到一个脉冲就转一个步进角，因此，在细分数数一定的情况下

• 加大（减小）脉冲频率，可以加（减）转速
• 加大（减小）改变脉冲频率的速率，可以加（减）加速度

1、初始化设置

脉冲生成有3种方法：延时、PWM、中断，后两种可靠性较高，这里采用定时器中断生成脉冲

1、使能i/o

void DJ_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6; //DRIVER_DIR/DRIVER_OE
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100M
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
    GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
    //--------------------------------------------------------------    
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8; //STEP_PULSE
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    //---------------------------------------------------------------
    GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);//拉高,正转
    GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_6);//拉低，使能
}

2、定时器配置

void TIM4_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE); 

    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = arr; 
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=psc; 
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;

    TIM_TimeBaseInit(TIM4,&TIM_TimeBaseInitStructure);
    TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,ENABLE); 

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM4_IRQn; 
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x01;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x02;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    TIM_Cmd(TIM4,ENABLE); 
}

配置中断周期为10us

TIM4_Int_Init(10-1,84-1);   //84M/84=1Mhz(10^6)计数频率，计数10次为10us  (生成脉冲)

2、控制转速

我们利用中断生成脉冲，思想如下：从第一次进中断开始计数，进指定次数为一个周期，前若干次输出高电平，其余输出低电平。控制中断次数判断即可控制周期（转速）和高电平持续时间。

程序截选如下

//全局变量-------------------------------------------------------------------
u8 Start_Flag=0; //电机启动/锁定标志
u16 Pluse_High=10; //脉冲高电平中断次数      1->10us
u16 Pluse_Period=100;//脉冲周期中断次数 （转速）

//脉冲中断服务函数------------------------------------------------------------
u32 TimeCount=0;//进中断计数
void TIM4_IRQHandler(void)//10us
{
    if(TIM_GetITStatus(TIM4,TIM_IT_Update)==SET)//溢出中断
    {       
        if(Start_Flag==0)
            GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_6);//motor_disable;
        else if(Start_Flag==1)
        {
            GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_6);//motor_enable;
            TimeCount++;

            if(TimeCount//脉冲高电平
                GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);
            else if(TimeCount>Pluse_High)
                GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);

            if(TimeCount>Pluse_Period)//周期控制（转速控制）
                TimeCount=0
        }
    }
    TIM_ClearITPendingBit(TIM4,TIM_IT_Update);  //Çå³ýÖжϱê־λ
}

注意到中断周期为：T=Pluse_Period * t
则脉冲频率为：f=1/T=1/(Pluse_Period * t), 注意此值与速度成正比
因此，虽然可以简单地通过控制全局变量Pluse_Period控制转速，但是此值与转速成反比例关系，不适合控制；

较好的方法是，设全局变量temp_x ,使Pluse_Period=1000/temp_x （1000可以为任意常数）
则脉冲频率为：f=1/T=1/(Pluse_Period * t)=temp_x/(1000*t)
此时全局变量temp_x 与转速成正比，适于控制

3、加速度控制

使用temp_x修改速度控制后，可以方便地进行加速度控制，按一定中断次数均匀地使temp_x递增（减）即可
程序修改如下：

#define MaxSpeed 20
//全局变量-------------------------------------------------------------------
float temp_x=1;
float Acc=1.5;//加速度
u32 TimeCount=0;
u32 AccCount=0;
//加速度控制函数--------------------------------------------------------------
void acc(float a)
{
    temp_x+=a;
    if(temp_x>0)//temp_x==0时发生换向
    {
        GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);
        Pluse_Period=1000/temp_x;
    }
    else
    {
        GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);
        Pluse_Period=-1000/temp_x;
    }

    if(Pluse_Period//控制速度上限，防止电机抱死
        Pluse_Period=MaxSpeed ;
}

//修改后的脉冲中断服务函数------------------------------------------------------------
u32 TimeCount=0;//进中断计数
void TIM4_IRQHandler(void)//10us
{
    if(TIM_GetITStatus(TIM4,TIM_IT_Update)==SET)//溢出中断
    {       
        if(Start_Flag==0)
            GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_6);//motor_disable;
        else if(Start_Flag==1)
        {
            GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_6);//motor_enable;
            TimeCount++;
            AccCount++；

            if(TimeCount//脉冲高电平
                GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);
            else if(TimeCount>Pluse_High)
                GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);

            if(TimeCount>Pluse_Period)//周期控制（转速控制）
                TimeCount=0
        }

        if(AccCount>1000)
            AccCount=0,acc(ACC);
    }
    TIM_ClearITPendingBit(TIM4,TIM_IT_Update);  //Çå³ýÖжϱê־λ
}

经测试，上述代码可以很好地执行步进电机的 速度&加速度 控制任务