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stm32步进电机曲线控制程序

article 2025/1/17 9:54:31

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

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。
电源：确保步进电机和驱动器有足够的电源供应。

软件配置

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。
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）`
	`}`