stm32步进电机曲线控制程序

发布于：2025-02-10 ⋅ 阅读:(45) ⋅ 点赞:(0)

在STM32上实现步进电机的曲线控制涉及多个步骤，包括硬件配置、步进电机驱动器的接口、PWM信号生成、以及通过算法实现速度或位置的曲线控制。以下是一个基本的步骤和代码示例，帮助你入门。

硬件配置

  1. 连接步进电机和驱动器：确保步进电机和驱动器正确连接，并且驱动器的控制信号（如脉冲和方向）连接到STM32的GPIO引脚。
  2. 电源：确保步进电机和驱动器有足够的电源供应。

软件配置

  1. STM32CubeMX：
    • 配置时钟。
    • 配置用于生成PWM信号的定时器。
    • 配置GPIO引脚用于方向控制和可能的使能信号。
  2. 代码编写：
    • 使用HAL库生成PWM信号。
    • 实现曲线控制算法（如线性加速、减速）。

示例代码

以下是一个简单的例子，展示了如何生成PWM信号并通过线性加速曲线控制步进电机。

main.c


c复制代码



 
  

   
   #include "main.h"
  

  

   
   #include "stm32f4xx_hal.h"
  

  

   
   
  

  

   
   // 定义步进电机参数
  

  

   
   #define STEP_PIN GPIO_PIN_0
  

  

   
   #define DIR_PIN GPIO_PIN_1
  

  

   
   #define STEP_PORT GPIOA
  

  

   
   #define DIR_PORT GPIOA
  

  

   
   #define MAX_SPEED 1000 // 最大速度（每秒步数）
  

  

   
   #define ACCELERATION 100 // 加速度（每秒步数的平方/秒）
  

  

   
   
  

  

   
   TIM_HandleTypeDef htim3;
  

  

   
   
  

  

   
   // 初始化GPIO
  

  

   
   void GPIO_Init(void) {
  

  

   
   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  

  

   
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  

  

   
   
  

  

   
   // 配置方向引脚
  

  

   
   GPIO_InitStruct.Pin = DIR_PIN;
  

  

   
   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  

  

   
   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  

  

   
   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  

  

   
   HAL_GPIO_Init(DIR_PORT, &GPIO_InitStruct);
  

  

   
   
  

  

   
   // 配置步进引脚
  

  

   
   GPIO_InitStruct.Pin = STEP_PIN;
  

  

   
   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; // 开漏输出，用于驱动NMOS管或驱动器
  

  

   
   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  

  

   
   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
  

  

   
   HAL_GPIO_Init(STEP_PORT, &GPIO_InitStruct);
  

  

   
   }
  

  

   
   
  

  

   
   // 初始化定时器
  

  

   
   void TIM3_Init(void) {
  

  

   
   __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();
  

  

   
   TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
  

  

   
   TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
  

  

   
   TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
  

  

   
   
  

  

   
   htim3.Instance = TIM3;
  

  

   
   htim3.Init.Prescaler = 8399; // 根据时钟频率调整，使定时器频率为1MHz
  

  

   
   htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  

  

   
   htim3.Init.Period = 0xFFFF;
  

  

   
   htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  

  

   
   htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
  

  

   
   HAL_TIM_Base_Init(&htim3);
  

  

   
   
  

  

   
   sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
  

  

   
   HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim3, &sClockSourceConfig);
  

  

   
   HAL_TIM_PWM_Init(&htim3);
  

  

   
   
  

  

   
   sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
  

  

   
   sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
  

  

   
   HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim3, &sMasterConfig);
  

  

   
   
  

  

   
   sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
  

  

   
   sConfigOC.Pulse = 0;
  

  

   
   sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
  

  

   
   sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
  

  

   
   HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim3, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
  

  

   
   
  

  

   
   HAL_TIM_MspPostInit(&htim3);
  

  

   
   }
  

  

   
   
  

  

   
   // 启动PWM
  

  

   
   void Start_PWM(uint32_t frequency) {
  

  

   
   __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim3, HAL_RCC_GetPCLK1Freq() / (htim3.Init.Prescaler + 1) / frequency - 1);
  

  

   
   HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
  

  

   
   }
  

  

   
   
  

  

   
   // 停止PWM
  

  

   
   void Stop_PWM(void) {
  

  

   
   HAL_TIM_PWM_Stop(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
  

  

   
   }
  

  

   
   
  

  

   
   // 设置方向
  

  

   
   void Set_Direction(uint8_t direction) {
  

  

   
   HAL_GPIO_WritePin(DIR_PORT, DIR_PIN, direction);
  

  

   
   }
  

  

   
   
  

  

   
   // 曲线控制函数
  

  

   
   void Move_With_Profile(int32_t target_position, int32_t current_position) {
  

  

   
   int32_t distance = target_position - current_position;
  

  

   
   int32_t steps_to_go = abs(distance);
  

  

   
   uint32_t step_time_us = 0;
  

  

   
   uint32_t speed = 0;
  

  

   
   int32_t steps_taken = 0;
  

  

   
   int32_t t = 0;
  

  

   
   
  

  

   
   if (distance == 0) return;
  

  

   
   
  

  

   
   Set_Direction(distance > 0 ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
  

  

   
   
  

  

   
   while (steps_taken < steps_to_go) {
  

  

   
   if (speed < MAX_SPEED) {
  

  

   
   speed += ACCELERATION; // 线性加速
  

  

   
   if (speed > MAX_SPEED) speed = MAX_SPEED;
  

  

   
   } else {
  

  

   
   if (steps_to_go - steps_taken < (MAX_SPEED * MAX_SPEED) / (2 * ACCELERATION)) {
  

  

   
   // 减速阶段，使用逆加速度计算剩余时间
  

  

   
   speed = sqrt(2 * ACCELERATION * (steps_to_go - steps_taken));
  

  

   
   }
  

  

   
   }
  

  

   
   
  

  

   
   step_time_us = 1000000 / speed; // 计算每步时间（微秒）
  

  

   
   HAL_Delay(step_time_us);
  

  

   
   
  

  

   
   HAL_GPIO_TogglePin(STEP_PORT, STEP_PIN); // 产生一个步进脉冲
  

  

   
   steps_taken++;
  

  

   
   }
  

  

   
   }
  

  

   
   
  

  

   
   int main(void) {
  

  

   
   HAL_Init();
  

  

   
   SystemClock_Config();
  

  

   
   GPIO_Init();
  

  

   
   TIM3_Init();
  

  

   
   
  

  

   
   int32_t current_position = 0;
  

  

   
   
  

  

   
   while (1) {
  

  

   
   int32_t target_position = 1000; // 设定目标位置
  

  

   
   Start_PWM(1000); // 启动PWM（虽然在这个例子中PWM不是必须的，但可以作为备用）
  

  

   
   Move_With_Profile(target_position, current_position);
  

  

   
   Stop_PWM(); // 停止PWM
  

  

   
   current_position = target_position; // 更新当前位置
  

  

   
   
  

  

   
   HAL_Delay(2000); // 等待一段时间，然后再次移动
  

  

   
   }
  

  

   
   }
  

  

   
   
  

  

   
   // 系统时钟配置函数（根据具体硬件调整）
  

  

   
   void SystemClock_Config(void) {
  

  

   
   // 系统时钟配置代码（省略）
  

  

   
   }
  

 



注意事项


    
 
  1. 时钟配置：确保系统时钟配置正确，使定时器频率合适。
    2. 
 
  2. PWM频率：上述代码中的PWM频率并未实际用于步进控制，但你可以根据需要使用PWM进行更精细的控制。
    3. 
 
  3. 延时函数：HAL_Delay函数用于简单的时间控制，但在实际应用中可能需要更精确的时间控制方法，比如使用定时器中断。
    4. 
 
  4. 硬件接口：确保硬件连接正确，特别是步进电机驱动器的接口部分。
    5. 




                        
                        

                        

                            
                            
                        

                        
                        

                            

                            
                        

                            

                                
                            

                        

                    


                



            


            

                
                

    

        

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