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【AT-START-M412测评】步进电机的驱动与控制

本文介绍了雅特力 AT32M412 开发板实现 28BYJ-48 步进电机的驱动，以及旋转角度和速度的精确控制，并串口打印旋转状态的项目设计。

项目介绍

• AT32M412 开发板结合 ULN2003 步进电机驱动板实现 28BYJ-48 步进电机的转动；
• 通过 4 相 8 拍调节，实现步数与旋转角度的转换，进而精确控制步进电机的旋转角度和速度（相位切换延时）；
• 串口打印步进电机的实时旋转状态。

硬件连接

工程创建

• 打开 AT32 Work Bench 软件，选择工作空间，选择目标芯片 AT32M412CBT7 ，点击 新建 ；
• 进入 外设 - GPIO 选项进行参数配置；
• 将引脚 PA3、PA4、PA5 和 PA6 配置为 GPIO 输出模式；

• 使能 USART1 选项，选择 异步模式 ，配置 PA9 和 PA10 引脚为 USART1 模式；
• 进入 SYSTEM 模块，选择 USART1 串口打印；
• 其他参数均为默认，点击 生成代码 并打开项目。

流程图

工程代码

代码主要包括步进电机驱动函数、头文件、主函数三部分。

主函数

#include "at32m412_416_wk_config.h"
#include "wk_usart.h"
#include "wk_gpio.h"
#include "wk_system.h"
#include "step_motor.h"

int main(void)
{
  wk_system_clock_config();
  wk_periph_clock_config();
  wk_nvic_config();
  wk_timebase_init();
  wk_gpio_config();
  wk_usart1_init();

  while(1)
  {
        float angle = 180;
        int8_t speed = 10;

        printf("Rotating %.0f degree clockwise...\r\n", angle);
        Stepper_RotateAngle(angle, speed);
        Stepper_ReleaseTorque();
        wk_delay_ms(1000);

        printf("Rotating %.0f degree counter-clockwise...\r\n", angle);
        Stepper_RotateAngle(-angle, speed);
        Stepper_ReleaseTorque();
        wk_delay_ms(1000);
  }
}

电机驱动代码

新建 step_motor.c 文件，添加如下代码

#include "step_motor.h"
#include <stdlib.h>
#include "wk_system.h"

const uint8_t phase_table[8][4] = {
    {1, 0, 0, 0}, // A
    {1, 1, 0, 0}, // A+B
    {0, 1, 0, 0}, // B
    {0, 1, 1, 0}, // B+C
    {0, 0, 1, 0}, // C
    {0, 0, 1, 1}, // C+D
    {0, 0, 0, 1}, // D
    {1, 0, 0, 1}  // D+A
};

void Stepper_Init(void) {
    gpio_init_type gpio_init_struct;
    crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOA_PERIPH_CLOCK, TRUE);

    gpio_init_struct.gpio_pins = GPIO_PINS_3 | GPIO_PINS_4 | GPIO_PINS_5 | GPIO_PINS_6;
    gpio_init_struct.gpio_mode = GPIO_MODE_OUTPUT;
    gpio_init_struct.gpio_out_type = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;
    gpio_init_struct.gpio_pull = GPIO_PULL_DOWN;
    gpio_init_struct.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;
    gpio_init(GPIOA, &gpio_init_struct);

    Stepper_ReleaseTorque();
}

void Stepper_Step(int32_t steps, uint16_t delay_ms) 
{
    uint8_t direction = (steps > 0) ? 1 : 0;
    uint32_t step_count = abs(steps);

    int i;

    for (i = 0; i < step_count; i++) 
    {
        static uint8_t phase = 0;
    phase = direction ? (phase + 1) % 8 : (phase + 8 - 1) % 8;

        GPIOA->odt = (GPIOA->odt & ~0x78) |              // PA3-PA6
                (phase_table[phase][0] << 3) |       // PA3
                (phase_table[phase][1] << 4) |       // PA4
                (phase_table[phase][2] << 5) |       // PA5
                (phase_table[phase][3] << 6);        // PA6
    wk_delay_ms(delay_ms);

    }
}

void Stepper_RotateAngle(float angle, int8_t speed)
{
    uint16_t ROUND_VALUE = 4096;  // steps number for one round
  int32_t steps = (int32_t)(ROUND_VALUE * angle / 360.0f);
    float step_delay_ms;
    if (speed < 0 || speed > 10)
        {
        printf("Error: Speed must be between 0 and 10.");
        Stepper_ReleaseTorque();
        return;
        }
    if (speed == 0)
        {
        Stepper_ReleaseTorque();
        return;
        }
    step_delay_ms = (10 - 1) / 9 * (10 - speed) + 1;
    Stepper_Step(steps, step_delay_ms);
}

void Stepper_ReleaseTorque(void) 
{
    GPIOA->odt &= ~(GPIO_PINS_3 | GPIO_PINS_4 | GPIO_PINS_5 | GPIO_PINS_6); // PA3~PA6
}

电机驱动头文件

新建 step_motor.h 文件，添加如下代码

#ifndef __STEP_MOTOR_H
#define __STEP_MOTOR_H

#include "at32m412_416.h"

void Stepper_Init(void);
void Stepper_Step(int32_t steps, uint16_t delay_ms);
void Stepper_RotateAngle(float angle, int8_t speed);
void Stepper_ReleaseTorque(void);

#endif

保存代码，重新构建工程，上传固件至板端，复位运行。

效果演示

正反各旋转 180 度，间隔 1 秒

同时串口打印旋转状态

总结

本文介绍了雅特力 AT32M412 开发板实现 28BYJ-48 步进电机驱动和旋转，并串口打印旋转状态，为 AT32M412 系列单片机的应用和快速开发提供了参考。