让步进电机动起来

步进电机特点：

• 它是通过输入脉冲信号来进行控制的

• 电机的总转动角度由输入脉冲数决定

• 电机的转速由脉冲信号频率决定

  
  

步进电机主要用于一些有定位要求、进行精确控制的场合。特别适合要求运行平稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高输出扭矩的应用场合。比如3D打印机、工业机器人等场景。

步进电机在工业机器人中的应用

步进电机相关概念：

• 拍数
  完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。

• 步距角
  控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。现在市场上常规的二、四相混合式步进电机基本步距角都是1.8°。

相关问题：

问题：有一步进电机参数，如下：
[电压 12VDC
相数 4
减速比 1/64
步距角 1.8° /64
驱动方式 四相八拍 ]
请问： 步距角1.8°/64 ，后面的 “/64”表示什么意思？此步进电机转一圈，要多少步？

答案：12VDC的步进电机，L298N的VS接12V直流电源。步进电机本身到电机轴之间是有一级齿轮减速的，64指减速比，即：电机本身的转子转64圈，输出的电机轴才转1圈。步距角1.8° /64表示，每走动64拍，转过角度为1.8度，转一圈共需要(360/1.8)*64=12800拍(步)

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若是新手，不知道怎么设计电机驱动电路，可以直接购买电机驱动模块，市面上这种功能模块非常多，比如L298N电机驱动模块，只需要单片机6个IO外加一个电机供电电源即可驱动步进电机。

L298N主要参数说明

• 控制信号供电：直流5V；

• 电机供电：直流3V~46V（建议使用36V以下）

• 最大工作电流：2.5A

• 额定功率：25W

• 控制信号输入电压范围：

• 低电平：-0.3V <= Vin <= 1.5V

• 高电平：2.3V <= Vin <= Vss

• 使能信号输入电压范围：

• 低电平：-0.3V <= Vin <= 1.5V（控制信号无效）

• 高电平：2.3V <= Vin <= Vss（控制信号有效）

• L298N芯片的输入电压有两个:

  如果步进电机为5VDC供电，那么VSS和VS可以短接到一起；
  VSS和VS两个电源要共地；
  L298N使用的过程中，发热较大，最好添加散热片。

  
  

• VSS：逻辑电压，提供逻辑器件的电源，允许4.5~7V，建议为5V。

• VS：小于或等于46V，供给电机，和L298内部输出端的工作电源，根据电机的额定电压来接。

如果想自己设计电路实现电机的驱动，可以参考如下电路。

L298N原理图

应用实例

驱动步进电机

驱动四线两相电机，四个状态为1、AB正电压；2、A-B正电压；3、A-B-正电压；4、AB-正电压。

程序中使能ENA和ENB之后，令StepMotor_OUT1~StepMotor_OUT4按四个状态变化，时序控制如下图所示，即可控制步进电机的方向：

实现代码

1. 驱动步进电

void StepMotor_Init(void){ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);       //使能PB,PC端口时钟  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_6); GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_7);  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);  L298D_1AA = 0; L298D_2AA = 0; L298D_3AA = 0; L298D_4AA = 0; L298D_12ENA = 0; L298D_34ENA = 0;}

2. 两相电机驱动代码，包括正转和反转

void TwoPhaseMotor(unsigned char nInputData ,unsigned char nDirection){ if(1 == nDirection)             //逆时针 { switch(nInputData) { case 1: { L298D_1AA = 0; L298D_2AA = 1; L298D_3AA = 0; L298D_4AA = 1; } break; case 2: { L298D_1AA = 0; L298D_2AA = 1; L298D_3AA = 1; L298D_4AA = 0; } break; case 3: { L298D_1AA = 1; L298D_2AA = 0; L298D_3AA = 1; L298D_4AA = 0; } break; case 4: { L298D_1AA = 1; L298D_2AA = 0; L298D_3AA = 0; L298D_4AA = 1; } break; } } else if(0 == nDirection)        //顺时针 { switch(nInputData) { case 1: { L298D_1AA = 1; L298D_2AA = 0; L298D_3AA = 0; L298D_4AA = 1; } break; case 2: { L298D_1AA = 1; L298D_2AA = 0; L298D_3AA = 1; L298D_4AA = 0; } break; case 3: { L298D_1AA = 0; L298D_2AA = 1; L298D_3AA = 1; L298D_4AA = 0; } break; case 4: { L298D_1AA = 0; L298D_2AA = 1; L298D_3AA = 0; L298D_4AA = 1; } break; } }}

上面函数调用一次，步进电机走一步，对上面函数进行封装，既得到走任意步，可控制方向的函数：

• 
  

void TwoPhaseMotorNCircle(int n,unsigned char direction){ int i,j;  L298D_12ENA = 1; //只有转的时候使能，否则持续供电，芯片和电机过热。 L298D_34ENA = 1;  for(i=0;i { for(j=1;j<=4;j++) { TwoPhaseMotor(j,direction); delay_ms(2); } }  L298D_12ENA = 0; L298D_34ENA = 0;}

3. 主函数中调用

说明：

• 硬件实现中串口2与ESP8266模块相连，使用cJSON解析收到的阿里云物联网的数据包；

• 收到的{"PowerSwitch":1)，电机转动，{"PowerSwitch":0}，电机停止；

• 收到电机转动指令之后，此程序让步进电机左转N圈之后，再右转N圈，如此反复，所以为了不影响程序对其他指令的响应，所以将控制步进电机转动的步进代码放到了定时器中执行，主程序中，只控制ENA和ENB的使能开关

JSON字符串解析参考之前的网文：Keil环境下STM32工程加入cJSON

主函数代码如下：

int main(void){ //解析payload数据包使用 cJSON *receive_json, *item_obj;  u16 i; u16 uart2Len=0;  u8 dtbuf[50]; //打印缓存器  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);  USART2_RX_STA=0; memset(USART2_RX_BUF, 0, sizeof(USART2_RX_BUF));  memset(dtbuf,'\0',50);  //初始化 //延时函数初始化 delay_init();  uart_init(115200); //串口1:Debug,初始化为115200 uart2_init(115200);  //定时器3,--步进电机使用 TIM3_Int_Init(99,7199); //1ms中断 TIM3_Set(0);  StepMotor_Init();  printf("System Init OK \r\n");  //主循环 while(1) { //ESP8266 if(USART2_RX_STA&0x8000) { uart2Len=USART2_RX_STA&0x3f;  receive_json = cJSON_Parse(USART2_RX_BUF); //创建JSON解析对象，返回JSON格式是否正确 if (!receive_json) { printf("JSON格式错误:%s\r\n", cJSON_GetErrorPtr()); //输出json格式错误信息 } else { printf("JSON格式正确:\n%s\r\n",cJSON_Print(receive_json) ); item_obj = receive_json->child; //获取name键对应的值的信息  while(item_obj) { char * string = item_obj->string;  if(!strcmp(string,"PowerSwitch")) { if(item_obj->valueint==1) { L298D_12ENA = 1; //只有转的时候使能，否则持续供电，芯片和电机过热。 L298D_34ENA = 1;  TIM3_Set(1);  nRotationCounting = 0;  stuAliOSIoT.PowerSwitch = 1;  printf("PowerSwitch:1\r\n"); } else if(item_obj->valueint==0) { //步进电机运动停止 L298D_12ENA = 0; L298D_34ENA = 0;  TIM3_Set(0);  stuAliOSIoT.PowerSwitch = 0;  printf("PowerSwitch:0\r\n"); } }  item_obj = item_obj->next; }  cJSON_Delete(receive_json);  }  USART2_RX_STA=0; memset(USART2_RX_BUF, 0, sizeof(USART2_RX_BUF)); //清空数组 }  delay_ms(10); } }

定时器中代码如下：

//定时器3中断服务程序void TIM3_IRQHandler(void){ if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)//是更新中断 { TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update  ); //清除TIM3更新中断标志  nRotationCounting++; if(nRotationCounting > nSingleCycleDataPoints) { if(nRotationDirection==0) { nRotationDirection=1; } else if(nRotationDirection==1) { nRotationDirection=0; }  nRotationCounting=0; }  if(stuAliOSIoT.PowerSwitch) { if(nRotationDirection==0) //正转 { TwoPhaseMotor(nRotationCounting%4+1,0); //顺时针 } else if(nRotationDirection==1) //反转 { TwoPhaseMotor(nRotationCounting%4+1,1); } }  //TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);  //关闭TIM3 }}

实物图

电源座用于提供外部VS供电；