利用STM32F103精确控制步进电机

发表于 2022-8-22 17:11

用STM32F103精确控制步进电机
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

N:一个周期的运行拍数
Zr：转子齿数
拍数：N=km
m:相数
k=1单拍制
k=2双拍制
（5）转速

（6）角度细分的原理

电磁力的大小与绕组通电电流的大小有关。
当通电相的电流并不立刻升到位，而断电相的电流也非立即降为0时，它们所产生的磁场合力，会使转子有一个新的平衡位置，这个新的平衡位置是在原来的步距角范围内。

发表于 2022-8-22 17:49

2. 42步进电机参数
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

发表于 2022-8-22 17:50

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)

发表于 2022-8-22 19:26

转速单位：转/ 分
频率单位：赫兹
x 细分倍数
T 步距角
例如，在本实验中，32细分；频率72000 赫兹；步距角1.8°；套用公式72000 ∗ 60 ( ( 360 / 1.8 ) ∗ 32 ) = 112.5 \frac{72000*60}{((360/1.8)*32)}=112.5
((360/1.8)∗32)
72000∗60

=112.5rad/ min，即1.875 rad/s.

发表于 2022-8-22 22:55

发表于 2022-8-22 22:56

三、TB6600电机驱动器升级版参数
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。

发表于 2022-8-22 23:14

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。

发表于 2022-8-22 23:15

共阳极接法：分别将PUL+，DIR+，EN+连接到控制系统的电源上，如果此电源是+5V则可直接接入，如果此电源大于+5V，则须外部另加限流电阻R，保证给驱动器内部光藕提供8—15mA 的驱动电流。

发表于 2022-8-22 23:17

共阴极接法：分别将 PUL-，DIR-，EN-连接到控制系统的地端；脉冲输入信号通过PUL+接入，方向信号通过DIR+接入，使能信号通过EN+接入。若需限流电阻，限流电阻R的接法取值与共阳极接法相同。

发表于 2022-8-22 23:20

注：EN端可不接，EN有效时电机转子处于自由状态（脱机状态），这时可以手动转动电机转轴。

发表于 2022-8-22 23:23

2.电机绕组连接
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。

发表于 2022-8-22 23:24

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.

发表于 2022-8-22 23:26

4.拨码开关

发表于 2022-8-22 23:30

电流大小设定

发表于 2022-8-22 23:31

三、STM32F103
------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

发表于 2022-8-22 23:32

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

发表于 2022-8-22 23:39

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。

发表于 2022-8-22 23:46

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

发表于 2022-8-22 23:47

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:

发表于 2022-8-22 23:48

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。

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