STM32步进电机驱动算法

S型曲线的的方程 ，在[-5，5]的图形如下图所示：

如要将此曲线应用在步进电机的加、减速过程中，需要将方程在XY坐标系进行平移，同时对曲线进行拉升变化：

其中的A分量在y方向进行平移，B分量在y方向进行拉伸，ax+b分量在x方向进行平移和拉伸。

项目中加速过程：从5600Hz加速到64000Hz，采用4细分。输出比较模块所用的定时器驱动频率为10M，采用1000个点进行加速处理。最终根据项目的需要，在加速过程中采用的曲线方程为： 。

其中的Fcurrent为length(1000)个点中的单个频率值。Fmin起始频率为5600; Fmax为最大频率64000;  -flexible*(i - num)/num是对S型曲线进行拉伸变化，其中flexible代表S曲线区间（越大代表压缩的最厉害，中间（x坐标0点周围）加速度越大；越小越接近匀加速。理想的S曲线的取值为4-6），i是在循环计算过程中的索引，从0开始，num为 length/2 大小(这样可以使得S曲线对称)。在项目中i的区间[0,1000), num=1000/2=500。、

提供的计算接口如下。

对应的计算接口code:

/*  calculate the Period and Freq array value, fill the Period value into the Period register during the timer interrupt.

*calculate the acceleration procedure , a totally 1000 elements array.

* parameter    fre[]: point to the array that keeps the freq value.

*   period[]: point to the array that keeps the timer period value.

*   len: the procedure of acceleration length.it is best thing to set the float number, some compile software maybe transfer error if set it as a int

*   fre_max: maximum speed, frequency vale.

*   fre_min: start minimum speed, frequency vale.  mind : 10000000/65535 = 152, so fre_min can't less than 152.

*   flexible:  flexible value. adjust the S curves

*/

void CalculateSModelLine(float fre[],  unsigned short period[],   float  len,  float fre_max,  float fre_min, float flexible)
{
    int i=0;
    float deno ;
    float melo ;
    float delt = fre_max-fre_min;
    for(; i<len; i++)
    {
        melo = flexible * (i-len/2) / (len/2);
        deno = 1.0 / (1 + expf(-melo));   //expf is a library function of exponential(e)
        fre[i] = delt * deno + fre_min;
        period[i] = (unsigned short)(10000000.0 / fre[i]);    // 10000000 is the timer driver frequency
    }

  return ;
}

以上基本原理摘自CSDN一篇文章

在脉冲模式下，步进电机启动器的脉冲频率与速度成正比，函数void CalculateSModelLine(float fre[],  unsigned short period[],   float  len,  float fre_max,  float fre_min, float flexible)主要目的就是生成每一个细分步加速的速度。芯片用的是stm32f103c8t6，驱动器用的是2DM420，亲自测试效果还是很不错的。

程序流程

1.STM32硬件基本初始化，主要是针对定时器。

2.调用函数CalculateSModelLine（）生 成每一个细分步定时器的自动重装载值（实际就是改变脉冲的周期）。

3.打开定时器。

4.更新中断发生，将数组中的数据赋值给定时器的自动重装载寄存器。

5.跳出中断后脉冲频频率就变化了。

6.下一次更新中断产生。

部分核心代码

#define ACCELERATED_SPEED_LENGTH  3000    //定义加速度的点数（其实也是3000个细分步的意思），调这个参数改变加速点
#define FRE_MIN 3000     //最低的运行频率，调这个参数调节最低运行速度
#define FRE_MAX 24000  //最高的运行频率，调这个参数调节匀速时的最高速度

int step_to_run;  //要运行的步数
float fre[ACCELERATED_SPEED_LENGTH];  //数组存储加速过程中每一步的频率
unsigned short period[ACCELERATED_SPEED_LENGTH]; //数组储存加速过程中每一步定时器的自动装载值

复制

void CalculateSModelLine(float fre[],  unsigned short period[],   float  len,  float fre_max,  float fre_min, float flexible)

{

    int i=0;

    float deno ;

    float melo ;

    float delt = fre_max-fre_min;

    for(; i<len; i++)

    {

        melo = flexible * (i-len/2) / (len/2);

        deno = 1.0 / (1 + expf(-melo));   //expf is a library function of exponential(e) 

        fre[i] = delt * deno + fre_min;

        period[i] = (unsigned short)(1000000.0 / fre[i]);    // 10000000 is the timer driver frequency

    }

   return ;

}



//主函数



int main(void)

{

    

    u8 t;

    

    delay_init();

    NVIC_Config();

    LED_Init();    //初始化IO口

      TIM1_Int_Init(10,72); //设置定时器的频率等

    //PB8 9 12 13

    //KEY_Init();

    //SMG_io_init();

    CalculateSModelLine(fre,period,ACCELERATED_SPEED_LENGTH,FRE_MAX,FRE_MIN,4);

    TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);

        

    while(1)

    {

            

        }

}



定时器初始化



void TIM1_Int_Init(u16 arr,u16 psc)  

{  

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;  

    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;  

    TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;

    

    TIM_DeInit(TIM1);                                           /*¸´Î»TIM1¶¨Ê±Æ÷*/  

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);        /*¿ªÊ±ÖÓ*/  

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;                     /*ʱÖӵδðµÄ´ÎÊý£¬¹»ÊýÖжÏÕâÀïÊÇ1msÖжÏÒ»´Î*/       

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc;                /* ·ÖƵ720*/         

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;             

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; /*¼ÆÊý·½ÏòÏòÉϼÆÊý*/  

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;

    

    TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);  

    

       /* Channel 1, 2,3 and 4 Configuration in PWM mode */

    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;

    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;

    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Disable; //²»Ê¹ÓÃNµÄÊä³ö£¬ËùÒÔÒª¹Øµô

    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;   //µÚÒ»´ÎûÓÐÊä³öÂö³å

    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;

    TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;

    TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;

    TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;

    

    TIM_OC4Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);

    TIM_OC4PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);        

    /* Clear TIM1 update pending flag  Çå³ýTIM1Òç³öÖжϱêÖ¾]  */  

    TIM_ClearFlag(TIM1, TIM_FLAG_Update);                 

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM1_UP_IRQn;          /*Òç³öÖжÏ*/  

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;    

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;  

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  

        

        /* TIM1 counter enable */

        TIM_Cmd(TIM1, DISABLE);

        /* TIM1 Main Output Enable */

        TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);



        TIM_ClearFlag(TIM1, TIM_FLAG_Update);

        TIM_ITConfig(TIM1,TIM_IT_Update,ENABLE);

}



//初始化定时器IO



void LED_Init(void)

{

    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;



    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);



    //设置PA11为复用推挽输出

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_11 | GPIO_Pin_12;

    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);    



    //Âö³å¿Ú+·½Ïò

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_5;

    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);    

     

      /* TIM1 Full remapping pins */

    GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM1, ENABLE);   //打开重映射

}

定时器更新中断

int i = 0;
void TIM1_UP_IRQHandler(void)  
{  
  TIM_ClearFlag(TIM1, TIM_FLAG_Update);
    if(i < ACCELERATED_SPEED_LENGTH && g_motor_dir_s == 0) //加速，直到步数达到 ACCELERATED_SPEED_LENGTH
    {
        TIM1->ARR= period[i];
        TIM1->CCR4= period[i]/2;
        i++;
    step_to_run = 20000;   //这里设置要跑的步数，当然可以写在main函数中，这里没有把加减速的步数算上
    }
    else if(step_to_run > 0) //匀速
    {
        step_to_run--;
     }
  else if(i > 0 && g_motor_dir_s == 1)  //电机减速
  {
        i--;
        TIM1->ARR= period[i];
        TIM1->CCR4= period[i]/2;
    }        

    if(i == ACCELERATED_SPEED_LENGTH || i == 0)
        {
            g_motor_dir_s = (~g_motor_dir_s)&0x01;
            }   
}