一、步進(jìn)電機閉環(huán)驅(qū)動器

該篇文章中用到的步進(jìn)電機閉環(huán)驅(qū)動器為Emm42_V4.0步進(jìn)電機閉環(huán)驅(qū)動器。該閉環(huán)驅(qū)動器自帶FOC矢量閉環(huán)控制算法，能實現(xiàn)力矩、速度、位置三環(huán)控制。
如下圖所示，該42步進(jìn)閉環(huán)電機驅(qū)動器的A+、A-、B+、B-連接步進(jìn)電機，通過右側(cè)的使能、脈沖、方向端對步進(jìn)電機進(jìn)行驅(qū)動控制。

二、CubeMx配置

首先要進(jìn)行時鐘配置。

1、Clock Configuration

配置時鐘前要先打開Pinout & Configuration中的RCC，選擇Crystal/Ceramic Resonator開啟外部晶振。
再根據(jù)自己單片機的外部晶振頻率設(shè)定參數(shù)，如下圖所示。

2、脈沖端 定時器配置

再次回到Pinout & Configuration，在Timers中選擇一個你想要的定時器，這里我選擇的是定時器2，然后打開內(nèi)部時鐘（Clock Source：Intermal Clock）。
在配置通道功能為PWM輸出（PWM Generation）。這里我使用了4個步進(jìn)電機，因此選擇了4個通道。（下文視頻只演示了一個步進(jìn)電機，其他步進(jìn)電機也是一樣的道理，接線再補充程序就ok了）
再打開NVIC Settings使能定時器中斷。如下圖所示。

接著，要根據(jù)你上一步設(shè)置的時鐘和你的驅(qū)動器所能承載的頻率，來設(shè)置該定時器的頻率。
如我使用的驅(qū)動器最大脈沖頻率是120KHZ，最高轉(zhuǎn)速是2200+轉(zhuǎn)，即我想要達(dá)到最高轉(zhuǎn)速，可以配置1.8°步距角的步進(jìn)電機為16細(xì)分，也就是(360 ÷ 1.8) × 16 = 3200個脈沖轉(zhuǎn)一圈（這個下文控制脈沖數(shù)會提到），再用120K ÷ 3200 = 37.5轉(zhuǎn)/s，即每分鐘2250轉(zhuǎn)。而如下圖所示，我的tim2屬于APB1，時鐘設(shè)置是84MHZ。

我使用的單片機為STM32F407，因此此處APB1總線對應(yīng)了通用定時器tim2 ~ 5，基本定時器tim6、tim7，通用定時器tim12~14。APB2總線對應(yīng)了高級定時器tim1、tim8，通用定時器tim9 ~ 11。
所以這里千萬千萬要小心不要把APB1的定時器時鐘頻率錯當(dāng)用成APB2的時鐘頻率了。
因此，以我的配置為例，使用84M ÷ 120K = 700，再用這個700對預(yù)分頻系數(shù)和計數(shù)周期進(jìn)行分配，如下圖所示。這里為了后面設(shè)置PWM占空比的方便，把計數(shù)周期定為100，那么PSC則為7。
公式：PWM輸出頻率 = 定時器時鐘頻率 ÷ ((psc+1) × (arr + 1))。

來用示波器檢查一下頻率和波形有沒有問題，這里用到的程序在下面會詳細(xì)講到，占空比50%，頻率120KHZ。

3、使能、方向端 引腳配置

如下圖所示，左鍵你想要使用的引腳配置為輸出即可，非常簡單。這里我使用了PC0-4作為使能端，PG0-4作為方向端，可根據(jù)需求選擇不會占用你所需功能的引腳作為單純的高低電平輸出引腳。

然后再進(jìn)入Project Manager配置工程名字和編譯環(huán)境、生成.c、.h文件等就ok了。

三、STM32F407定時器中斷控制步進(jìn)電機程序

先上張引腳配置圖，程序看起來更清晰一點。

0、引腳配置圖

引腳配置如下所示。

1、使用到的HAL庫函數(shù)

這兩個函數(shù)的功能下文會有解釋。

HAL_TIM_PWM_Stop(&htimx,TIM_CHANNEL_x);
HAL_TIM_PWM_Start(&htimx,TIM_CHANNEL_x);

2、脈沖觸發(fā)定時器初始化配置

在CubeMx生成的工程中，只需根據(jù)之前設(shè)置的定時器找到初始化程序，然后在程序最后加入以下程序即可，但是要根據(jù)自己配置的定時器和通道進(jìn)行參數(shù)配置。如設(shè)置的為定時器2，則Ctrl F搜索MX_TIM2_Init即可。

// 添加程序
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_1);
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_2);
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_3);
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_4);

HAL_TIM_PWM_Start函數(shù)是啟動PWM輸出的函數(shù)，如上所示對應(yīng)定時器2的4個通道。如下所示是我根據(jù)HAL庫生成的初始修改后的初始化函數(shù)，把sConfigOC提出來是為了方便下面編寫PWM設(shè)置函數(shù)，這兩步都是必要的。

/* ============================== 步進(jìn)電機脈沖觸發(fā)定時器初始化 ============================== */

TIM_HandleTypeDef htim2;
TIM_OC_InitTypeDef Motor_PWM_sConfigOC = {0};

/* TIM2 init function */
void Motor_PWM_MX_TIM2_Init(void)
{

  TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};

  htim2.Instance = TIM2;
  htim2.Init.Prescaler = 7-1;
  htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim2.Init.Period = 100-1;
  htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
  if (HAL_TIM_Base_Init(&htim2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
  if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim2, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
  sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
  if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMasterConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  Motor_PWM_sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
  Motor_PWM_sConfigOC.Pulse = 0;
  Motor_PWM_sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
  Motor_PWM_sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
  if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &Motor_PWM_sConfigOC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &Motor_PWM_sConfigOC, TIM_CHANNEL_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &Motor_PWM_sConfigOC, TIM_CHANNEL_3) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &Motor_PWM_sConfigOC, TIM_CHANNEL_4) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  HAL_TIM_MspPostInit(&htim2);
	
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_1);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_2);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_3);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_4);

}

3、步進(jìn)電機脈沖設(shè)置

如下所示，拿步進(jìn)電機1舉例，先停止定時器2通道1的PWM輸出，然后設(shè)置占空比，配置通道后再次開啟PWM即可。HAL_TIM_PWM_Stop為停止定時器x通道x的PWM輸出的函數(shù)。

void Motor1_pwm_Set(int motor1_n)
{
   HAL_TIM_PWM_Stop(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
   Motor_PWM_sConfigOC.Pulse = motor1_n;
   HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &Motor_PWM_sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
   HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
}

4、步進(jìn)電機使能、失能、改變方向

如下所示，配置高低電平即可。

void Motor1_enable(void)			// 電機1使能
{
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);
}
void Motor1_disable(void)			// 電機1失能
{
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);
}
void Motor1_course(char course_mod)			// 電機1改變方向
{
	if(course_mod == 1){HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);}		// 正轉(zhuǎn)
	else if(course_mod == 0){HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);}			// 反轉(zhuǎn)
}

5、步進(jìn)電機正轉(zhuǎn)main.c程序

啟動步進(jìn)電機1，設(shè)置占空比為50%，正轉(zhuǎn)。

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	Motor_PWM_MX_TIM2_Init();
	Motor_PWM_MX_TIM2_Init();	// 定時器初始化

	Motor1_pwm_Set(50);		// 設(shè)置占空比為50%(50/100)
	Motor1_course(1);		// 正轉(zhuǎn)
	Motor1_enable();		// 使能
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */

  }
  /* USER CODE END 3 */
}

6、視頻效果演示

四、閉環(huán)步進(jìn)電機 精準(zhǔn)控制脈沖數(shù)

1、使用到的HAL庫函數(shù)

同樣的，這三個函數(shù)的功能下文也會有解釋。

HAL_TIM_PWM_Start_IT(&htimx, TIM_CHANNEL_x);
HAL_TIM_PWM_Stop_IT(&htimx, TIM_CHANNEL_x);
void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);

2、更改步進(jìn)電機驅(qū)動脈沖頻率

首先設(shè)置步進(jìn)電機細(xì)分步數(shù)為16，如下圖所示，此處使用的是步距角為1.8°的步進(jìn)電機。在這種參數(shù)配置的情況下，發(fā)送16個脈沖可轉(zhuǎn)動1.8°，因此轉(zhuǎn)動一圈所需的脈沖為(360° ÷ 1.8°) × 16 = 3200個脈沖。

基于上文的步進(jìn)電機驅(qū)動程序，我想把轉(zhuǎn)速改為大概5轉(zhuǎn)/s這樣子，所以我們應(yīng)當(dāng)更改一下脈沖頻率120KHZ。利用上述的一轉(zhuǎn)3200脈沖，那么5轉(zhuǎn)就需要16000個脈沖，因此將120KHZ改為16KHZ即可。那再計算一次PSC就是(84M ÷ 16K) ÷100 = 52.5。
將上文步進(jìn)電機脈沖觸發(fā)定時器初始化Motor_PWM_MX_TIM2_Init中的PSC改為53：

  htim2.Instance = TIM2;
  htim2.Init.Prescaler = 53-1;

同時也要刪去之前的HAL_TIM_PWM_Start()函數(shù)，即刪去以下程序：

  HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_1);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_2);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_3);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_4);

3、更改步進(jìn)電機脈沖設(shè)置程序

因為我們不再使用HAL_TIM_PWM_Start和HAL_TIM_PWM_Stop，因此改程序也要刪去這兩個函數(shù)。以步進(jìn)電機1為例，改為以下程序：

void Motor1_pwm_Set(int motor1_n)
{
   Motor_PWM_sConfigOC.Pulse = motor1_n;
   HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &Motor_PWM_sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
}

當(dāng)然值得注意的一點是，我們定義的這個函數(shù)現(xiàn)在沒有了停止PWM的程序，所以我們一定要記得在更改PWM前要調(diào)用 HAL_TIM_PWM_Stop_IT 關(guān)閉定時器輸出PWM。

4、定時器PWM中斷回調(diào)函數(shù)

在使用定時器中斷之前，要記得在你的程序里重定義定時器的回調(diào)函數(shù)。
可選擇把以下程序添加到你的stm32f4xx_it.c里：

/* USER CODE BEGIN 1 */
int PWM_num = 0;	// 脈沖數(shù)
void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	if(htim->Instance == htim2.Instance)	// 確認(rèn)是否為步進(jìn)電機脈沖中斷的回調(diào)
	{
		PWM_num ++;
		if(PWM_num >= 3200)		// 第3200次（一圈）
		{
			PWM_num = 0;
			HAL_TIM_PWM_Stop_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);		// 停止輸出PWM
			//HAL_GPIO_TogglePin(GPIOF, GPIO_PIN_10);		// 翻轉(zhuǎn)led燈電平 
		}
	}
}
/* USER CODE END 1 */

上述程序中可以看到PWM_num正在累加，每調(diào)用一次回調(diào)函數(shù)就會累加一次，我們會在main函數(shù)中調(diào)用一次 HAL_TIM_PWM_Start_IT 函數(shù)，大概猜一猜就能知道，該函數(shù)的用途就是開啟定時器輸出PWM，并且每發(fā)送一個脈沖就調(diào)用一次回調(diào)函數(shù)。
如下圖所示，箭頭所指的函數(shù)HAL庫已經(jīng)幫我們寫好了，會調(diào)用我們上述的中斷回調(diào)函數(shù)。

5、步進(jìn)電機正轉(zhuǎn)一圈閉環(huán)main.c程序

以下為main函數(shù)程序：

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	Motor_PWM_MX_TIM2_Init();
	
	Motor1_pwm_Set(50);
	HAL_TIM_PWM_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
	Motor1_course(1);
	Motor1_enable();

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

6、視頻效果演示

五、程序鏈接

程序已經(jīng)打包好上傳到csdn的資源里了。
CSDN：HAL庫STM32F407定時器中斷控制步進(jìn)電機程序
CSDN：HAL庫STM32F407定時器中斷控制閉環(huán)步進(jìn)電機精準(zhǔn)控制脈沖數(shù)
也可以通過以下鏈接下載：

STM32F407定時器中斷控制步進(jìn)電機程序：
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1svRzVW_7elkHg7wwQ4AN5A
提取碼：hpzq
STM32F407定時器中斷控制閉環(huán)步進(jìn)電機精準(zhǔn)控制脈沖數(shù)：
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1QIyusKAbusqyMl_VTkjKxg
提取碼：4rml

本人是一名學(xué)生，目前正在學(xué)習(xí)中，本篇文章也算是我的學(xué)習(xí)筆記，如有錯誤的話還請指正。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-791133.html

到了這里，關(guān)于STM32控制步進(jìn)電機：基于HAL庫定時器中斷的閉環(huán)步進(jìn)電機驅(qū)動+精準(zhǔn)控制脈沖數(shù)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！