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一、用到的元器件
STM32F103C8T6 42步进电机（42SHDC4040-17B） TB6600电机驱动器升级版 二、42步进电机 1.步进电机的基本知识 （1）拍数——每一次循环所包含的通电状态数（电机转过一个齿距角所需脉冲数） （2）单拍制分配方式——状态数=相数 （3）双拍制分配方式——状态数=相数的两倍 （4）步距角 ——步进机通过一个电脉冲转子转过的角度
（6）角度细分的原理
无法查找到42SHDC4040-17B型号的详细资料，以通用42步进电机为例： 步距角 1.8° 步距角精度 ±5% 相数 2相 励磁方式 混合式 转子齿数 50 拍制 双拍制 其他参数：无 由步距角=1.8°推算出转子齿数为50，拍制为双拍制 3. 42步进电机速度与角度控制 电机的转速与脉冲频率成正比，电机转过的角度与脉冲数成正比。所以控制脉冲数和脉冲频率就可以精确调速。 理论上步进电机转速 = 频率 * 60 /((360/T)*x) w = f ∗ 60 ( 360 ° T × x ) w= frac{f*60}{(frac {360°}{T}times x)} w=(T360°×x)f∗60
TB6600步进电机驱动器升级版是一款专业的两相步进电机驱动，可实现正反转控制。通过S1,S2,S3 3位拨码开关选择7档细分控制(1,2/A,2/B,4,8,16,32,)，通过S4,S5,S6 3位拨码开关选择8 档电流控制（0.5A，1A，1.5A，2A，2.5A，2.8A,3.0A,3.5A）。适合驱动57,42 型两相、四相混合式步进电机。 1.信号输入端 PUL+：脉冲信号输入正。( CP+ ) PUL-：脉冲信号输入负。( CP- ) DIR+：电机正、反转控制正。 DIR-：电机正、反转控制负。 EN+：电机脱机控制正。 EN-：电机脱机控制负。
A+：连接电机绕组A+相。 A-：连接电机绕组A-相。 B+：连接电机绕组B+相。 B-：连接电机绕组B-相。 3.电源电压连接 VCC：电源正端“+” GND：电源负端“-” 注意：DC直流范围：9-32V。不可以超过此范围，否则会无法正常工作甚至损坏驱动器. 4.拨码开关 [tr]Micro step脉冲/转S1S2S3[/tr]
[tr]Current(A)S4S5S6[/tr]
------说明：引脚部分在文章末尾有解释-------- 1.引脚连接 A 0——PUL+ A 3——KEY1——V3 A12——DIR+ A11——EAN+ GND——EAN- ——KEY0 2.引脚功能 A0控制电机转速 A3控制按键 A9 A11 A11控制电机是否为锁死状态 A12控制电机正反转 3.定时器 1.本实验利用定时器TIM2和定时器TIM3构造一个主从定时器，TIM2作为主定时器控制电机的转速，TIM3作为从定时器控制电机的转动角度。 2.电机的转速和转角还与驱动器自身的细分数有关，但是驱动器细分数是通过影响电机的步距角来影响转速和转角，而TIM2和TIM3是控制步进电机的频率和脉冲数来控制转速转角 3.电机的转速和角度与定时器的关系（在不考虑电机自身的细分数下） 设TIM2的定时周期（即重装值）为nPDTemp2,预分频值为OCPolarity2 TIM3的定时周期（即重装值）为nPDTemp3,预分频值为OCPolarity3, 则单片机产生一个脉冲所需要的时间为: T = ( n P D T e m p 2 + 1 ) 72 M H z O C P o l a r i t y 2 + 1 T= frac{(nPDTemp2+1)}{ frac{72MHz}{OCPolarity2+1}} T=OCPolarity2+172MHz(nPDTemp2+1) 本实验中设TIM2的定时周期nPDTemp2=72000/5000-1，预分频值OCPolarity2=999，TIM3的定时周期nPDTemp3=6399,预分频值OCPolarity3为0。即 T = 72000 5000 72 × 1 0 6 999 + 1 = 0.0002 s T= frac{frac{72000}{5000}}{ frac{72times 10^6}{999+1}}=0.0002s T=999+172×106500072000=0.0002s 定时器共产生nPDTemp3+1=6400个脉冲，电机转过的角度为6400*1.8°=11520°，即电机转了32圈。 转动速度 w = 1.8 ° / 360 ° T = 25 ( r a d / s ) w = frac{1.8°/360°}{T}=25 (rad/s) w=T1.8°/360°=25(rad/s) 4.在32细分的情况下电机1rad/s和转1°需要的重装值为nPDTemp2=11.25，nPDTemp3=17.7778。 1.main.c程序 #include "main.h" #include "sys.h" #include "usart1.h" #include "delay.h" #include "math.h" u16 t; u16 len; //接收到的数据长度 u16 times=0; char receive_data[60]; //接收到的字符 char state; //电机正反转标志位0正转，1反转 int speed,angle; //旋转速度，角度 int a=0; //判断是否接收到数据 int r,data=0; //用于数据转换 int type; //转换后的数据 extern u16 USART_RX_STA; /************************** * 函数名：delay * 描述 ：延时函数 * 输入 ：无 * 输出 ：无 * 返回值：无 ****************************/ void delay()//延时 { int i,j; for(i=0;i<2000;i++) for(j=0;j<1000;j++); } /************************** * 函数名：Waiting_receptio * 描述 ：等待串口接收数据 * 输入 ：无 * 输出 ：无 * 返回值：无 ****************************/ void Waiting_reception(void) { while(a==0)//等待数据发送完成 { delay_ms(100); if(a==1)//接收到数据 { if(USART_RX_STA&0x8000)//（串口接收用到了正点原子的例程） { len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的数据长度 r=len; type=0; for(t=0;t receive_data[t]=USART_RX_BUF[t]; data=(int)receive_data[t]-48; r=r-1; type=type+data*(pow(10,r)); } USART_RX_STA=0; a=0; delay_ms(500); break; } } } } /************************** * 函数名：KeyStates * 描述 ：监测按键状态 * 输入 ：无 * 输出 ：无 * 返回值：0/1 ****************************/ u8 KeyStates()//按键状态 { static u8 i = 0; if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_3)==0) { delay(); if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_3)==0) while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_3)==0); i = ~i; } return i; } /**************** * 函数名：main * 描述 ：主函数 * 输入 ：无 * 输出 ：无 ******************/ int main(void) { NVIC_Configuration(); //中断初始化 GPIO_Config(); //IO口初始化 USART1_Config(); //串口初始化 delay_init(); //延时函数初始化 GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_11);//A11置零 A11——EAN+ GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_12);//A12置零 A12——DIR+ while(1) { delay_ms(100); Initial_state: printf("rn 请选择正反转，正转输入0，反转输入1 （以新行作为结束标志）rn"); Waiting_reception(); state=type;//将接收到的数据给type if(type==0)//电机正转 { GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_12);//电机正转 printf("rn 电机为正转模式，请输入旋转速度（rad/s），输入0返回初始模式 rn"); /*********************************************此模块用于配置速度参数********************************************************/ part1:Waiting_reception(); speed =type;//将接收到的数据给speed if(speed==0)goto Initial_state;//如果是0则返回初始模式 else{ if(speed>=15) { printf("rn 旋转速度>15rad/s，请重新选择旋转速度。rn"); goto part1; } else printf("rn 电机旋转速度为%d rad/s，请输入旋转角度，输入0返回初始模式 rn",speed); } /*********************************************此模块用于配置角度参数********************************************************/ Waiting_reception(); angle =type;//将接收到的数据给type for(;;) { if(angle>0)//接收到的数据不是0 { TIM2_Master__TIM3_Slave_Configuration(speed,angle); // 配置TIM2和TIM3的重装值 ,改变电机转动速度和角度 delay_ms(20000);//电机保护 printf("rn 电机已旋转%d °，请输入下一次旋转角度，输入0返回初始模式； rn",angle); angle=0; Waiting_reception(); angle =type; }else{ if(angle==0)goto Initial_state;//返回初始状态 else { printf("rn 角度错误，已返回初始模式 rn"); goto Initial_state; } } } } /*********************************************反转模式********************************************************/ else{ if(type==1) { GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_12);//电机反转 printf("rn 电机为正转模式，请输入旋转速度（rad/s），输入0返回初始模式 rn"); /*********************************************此模块用于配置速度参数********************************************************/ part2: Waiting_reception(); speed =type;//将接收到的数据给speed if(speed==0)goto Initial_state;//如果是0则返回初始模式 else{ if(speed>=15) { printf("rn旋转速度>15rad/s，请重新选择旋转速度。rn"); goto part2; }else printf("rn 电机旋转速度为%d rad/s，请输入旋转角度，输入0返回初始模式 rn",speed); } /*********************************************此模块用于配置角度参数********************************************************/ Waiting_reception(); angle =type;//将接收到的数据给type for(;;) { if(angle>0)//接收到的数据不是0 { TIM2_Master__TIM3_Slave_Configuration(speed,angle); // 配置TIM2和TIM3的重装值 ,改变电机转动速度和角度 delay_ms(20000);//电机保护 printf("rn 电机已旋转%d °，请输入下一次旋转角度，输入0返回初始模式；rn",angle); angle=0; Waiting_reception(); angle =type; }else{ if(angle==0)goto Initial_state;//返回初始状态 else { printf("rn 角度错误，已返回初始模式 rn"); goto Initial_state; } } } /****************************************************************************************************************************/ }else{//if(a!=0)&(a!=1) type=NULL; printf("rn 输入无效 rn"); goto Initial_state;//返回初始状态 } } } } 2.main.h程序 #ifndef _MAIN_H #define _MAIN_H #include #include #include #include #include #include "stm32f10x_tim.h" #include "timer.h" #endif 3.time.c程序 #include "timer.h" /************************** * 函数名：GPIO_Config * 描述 ：无 * 输入 ：无 * 输出 ：无 * 调用 ：主函数 * 返回值：无 ****************************/ void GPIO_Config(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE); //使能IOA RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2 | RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //使能TIM2，TIM3 /* Timer2 Channel 1, PA0 */ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_11|GPIO_Pin_12; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //通用推挽输出模式 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //指定GPIO引脚可输出的最高频率为50MHZ GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);//指定引脚输出低电平，此时灯全灭，方向 GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);//指定引脚输出低电平，此时灯全灭 使能 GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_11);//指定引脚输出低电平，此时灯全灭，方向 GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_12);//指定引脚输出低电平，此时灯全灭 使能 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //通用推挽输出模式 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //指定GPIO引脚可输出的最高频率为50MHZ GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //通用推挽输出模式 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //指定GPIO引脚可输出的最高频率为50MHZ GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); // GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);//指定引脚输出低电平，此时灯全灭 使能 //GPIO_ResetBits GPIO_SetBits } //================================================================================ /************************** * 函数名：TIM2_Master__TIM3_Slave_Configuration * 描述 ：主从定时器配置 * 输入 ：电机转速speed,转角angle * 输出 ：无 * 调用 ：主函数 * 返回值：无 ****************************/ void TIM2_Master__TIM3_Slave_Configuration(u32 PulseFrequency, u32 pulse) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; u16 nPDTemp ; u16 pulse_number; float p=PulseFrequency; TIM_Cmd(TIM2, DISABLE); nPDTemp = (11.25/p); //TIM2重装值是11.25时1s转一圈(电机32细分下) pulse_number = (16.7778*pulse);//TIM3重装值是16.7778时转1°(电机32细分下) // 时基配置：配置PWM输出定时器——TIM2 /* Time base configuration */ TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = nPDTemp; //定时周期为nPDTemp TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 999; //预分频值1000，即f=72khz TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //时钟分频因子，会影响滤波器采样频率，与本实验无影响 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式 TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; //指定重复计数器值 TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); // 输出配置：配置PWM输出定时器——TIM2 /* PWM1 Mode configuration: Channel1 */ TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //TIM 脉冲宽度调制模式 1 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //高电平有效 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //使能输出 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = nPDTemp>>1;//50% //比较tim_ccr的值，输出脉冲发生跳变 TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); //初始化 TIM_OC1PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable); //使能 TIMx 在 CCR1 上的预装载寄存器 TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE); //使能或者失能 TIMx 在 ARR 上的预装载寄存器 // 时基配置：配置脉冲计数寄存器——TIM3 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = pulse_number; //0x1900是360°;//改变给电机的脉冲个数 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0; TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); // 输出配置：配置输出比较非主动模式定时器——TIM3 // Output Compare Active Mode configuration: Channel1 TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Inactive; //输出比较非主动模式，(匹配时设置输出引脚为无效 电平，当计数值为比较/捕获寄存器值相同时，强制输出为低电平) TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0xFFFF; // 这里的配置值意义不大 TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); // 配置TIM2为主定时器 // Select the Master Slave Mode TIM_SelectMasterSlaveMode(TIM2, TIM_MasterSlaveMode_Enable); //设置 TIM2 主/从模式并使能 // Master Mode selection TIM_SelectOutputTrigger(TIM2, TIM_TRGOSource_Update); //使用更新事件作为触发输出 // 配置TIM3为从定时器 // Slave Mode selection: TIM3 TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_Gated); //选择 TIM3为从模式 TIM_SlaveMode_Gated-当触发信号（TRGI）为高电平时计数器时钟使能 TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_ITR1); //选择 TIM3 输入触发源 TIM_TS_ITR1-TIM 内部触发 1 TIM_ITRxExternalClockConfig(TIM3, TIM_TS_ITR1);//设置 TIM3 内部触发为外部时钟模式 TIM_TS_ITR1-TIM 内部触发 1 TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_CC1, ENABLE); //使能TIM3 TIM 捕获/比较 1 中断源 TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); } /**************************************************** * 函数名：Output_Pulse * 描述 ：无 * 输入 ：无 * 输出 ：无 * 返回值：无 ******************************************************/ void Output_Pulse(u16 Num) { GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);//指定引脚输出低电平，此时灯全灭 使能 TIM3->CCR1 = Num; TIM3->CNT = 0; TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_CC1, ENABLE); TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); } /**************************************************** * 函数名：angle_set * 描述 ：无 * 输入 ：无 * 输出 ：无 * 返回值：无 ******************************************************/ void angle_set(u8 dir,u8 angle) { if(dir==0) GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);//指定引脚输出低电平，此时灯全灭，方向 else GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);//指定引脚输出低电平，此时灯全灭，方向 Output_Pulse(angle*6400); } 4.time.h程序 #ifndef __TIMER_H #define __TIMER_H #include "main.h" extern unsigned char Flag; extern unsigned char TIM2_Pulse_TIM3_Counter_OK; void GPIO_Config(void); void TIM2_Master__TIM3_Slave_Configuration(u32 PulseFrequency,u32 pulse); void Frequence_Setting(u32 PulseFrequency); void Output_Pulse(u16 Num); void angle_set(u8 dir,u8 angle); #endif 5.usart1.c程序 #include #include #include #include /****************************************************** * 函数名：USART1_Config * 描述 ：USART1 GPIO 配置,工作模式配置 * 输入 ：无 * 输出 : 无 * 调用 ：外部调用 ***************************************************** */ void USART1_Config(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; USART_InitTypeDef USART_InitStructure; /* config USART1 clock */ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); /* USART1 GPIO config */ /* Configure USART1 Tx (PA.09) as alternate function push-pull */ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); /* Configure USART1 Rx (PA.10) as input floating */ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); /* USART1 mode config */ USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200; USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ; USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); USART_Cmd(USART1, ENABLE); } /****************************************************** * 函数名：fputc * 描述 ：重定向c库函数printf到USART1 * 输入 ：无 * 输出 ：无 * 调用 ：由printf调用 ***************************************************** */ int fputc(int ch, FILE *f) { /* 将Printf内容发往串口 */ USART_SendData(USART1, (unsigned char) ch); while (!(USART1->SR & USART_FLAG_TXE)); return (ch); } /*-------------------------------------------------------------------------------*/ /****************************************************** * 函数名：USART1_IRQHandler * 描述 ：USART1中断服务函数 * 输入 ：无 * 输出 ：无 * 调用 ：中断调用 ***************************************************** */ u8 Res; extern int a; u16 USART_RX_STA=0; //接收状态标记 u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN]; //接收缓冲,最大USART_REC_LEN个字节. void USART1_IRQHandler(void) //串口1中断服务程序 { Res =USART_ReceiveData(USART1); //读取接收到的数据 if((USART_RX_STA&0x8000)==0)//接收未完成 { if(USART_RX_STA&0x4000)//接收到了0x0d { if(Res!=0x0a)USART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始 else USART_RX_STA|=0x8000; //接收完成了 } else //还没收到0X0D { if(Res==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000; else { USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res ; USART_RX_STA++; if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收 } } } a=1; } #if SYSTEM_SUPPORT_OS //如果SYSTEM_SUPPORT_OS为真，则需要支持OS. OSIntExit(); #endif /******************* (C) COPYRIGHT 2012 WildFire Team *****END OF FILE************/ 6.usart1.h程序 #ifndef __USART1_H #define __USART1_H #include #include #define USART_REC_LEN 200 //定义最大接收字节数 200 #define EN_USART1_RX 1 //使能（1）/禁止（0）串口1接收 extern u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN]; //接收缓冲,最大USART_REC_LEN个字节.末字节为换行符 extern u16 USART_RX_STA; //接收状态标记 int simple_atoi(char *source); void USART1_Config(void); #endif /* __USART1_H */ |
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