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[电机控制] 步进电机细分控制算法

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85|1
mattlincoln 发表于 2025-9-30 09:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
步进电机, 控制算法, TI, TE, ST, ic
2、细分算法原理如下图上半部分所示，步进电机的两相线圈中的电流为相差90°的正弦波，一个正弦周期，步进电机转动了四整步。细分算法的基本思想是将一个整步分成若干个微步，控制每个微步的PWM占空比间接控制线圈中的电流大小及方向，从而使线圈中通过的电流近似正弦波。




细分生成软件
  • 细分控制算法：
  • 根据细分原理部分电流图下半部分实现对DRV8833的引脚控制，直接贴源码，配合电流图阅读更清晰。
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  1. .h文件如下：
    

  2. #ifndef INC_DRV_STEPPER_H_
    

  3. #define INC_DRV_STEPPER_H_
    

  4. #include "main.h"
    

  5. #include "stdint.h"
    

  6. #define AIN1_SetCompare(TIMx,CompareValue) TIMx->CCR1 = CompareValue
    

  7. #define AIN2_SetCompare(TIMx,CompareValue) TIMx->CCR2 = CompareValue
    

  8. #define BIN1_SetCompare(TIMx,CompareValue) TIMx->CCR4 = CompareValue
    

  9. #define BIN2_SetCompare(TIMx,CompareValue) TIMx->CCR3 = CompareValue
    

  10. #define MICROSTEP  64   //64细分，一圈需要64*200步
    

  11. //PWM时钟64MHz不分频，计数值3200
    

  12. #define PWM_CNT   3200  //PWM计数值
    

  13. #define PWM_CYCLE  50   //PWM周期，单位us
    

  14. typedef struct{
    

  15.     uint8_t Mode;
    

  16.     uint8_t Dir;
    

  17.     int64_t Step;
    

  18. }
    

  19. STEPPER_MOTOR;
    

  20. extern STEPPER_MOTOR sm;
    

  21. extern uint8_t g_Full_En;
    

  22. void Set_StepperMotor_Speed(float speed);
    

  23. void Start_StepperMotor(uint8_t mode, uint8_t dir, uint32_t step);
    

  24. void Stop_StepperMotor(void);
    

  25. void Microstep_Control(void);
    

  26. #endif /* INC_DRV_STEPPER_H_ */
    

  27. .c文件如下：
    

  28. /*
    

  29.  * stepper.c
    

  30.  *
    

  31.  *  Created on: Feb 17, 2025
    

  32.  *      Author: 74351
    

  33.  */
    

  34. #include "drv_stepper.h"
    

  35. //64细分电流表，半周数据
    

  36. const uint16_t Current_Subdivision_Table[128] =
    

  37. {
    

  38.     0,44,88,132,176,220,264,308,351,394,437,480,523,565,606,648,
    

  39.     689,729,770,809,849,887,925,963,1000,1036,1072,1107,1142,1176,1209,1241,
    

  40.     1273,1304,1334,1363,1391,1419,1446,1472,1497,1521,1544,1566,1587,1608,1627,1646,
    

  41.     1663,1679,1695,1709,1722,1735,1746,1756,1765,1773,1781,1786,1791,1795,1798,1799,
    

  42.     1800,1799,1798,1795,1791,1786,1781,1773,1765,1756,1746,1735,1722,1709,1695,1679,
    

  43.     1663,1646,1627,1608,1587,1566,1544,1521,1497,1472,1446,1419,1391,1363,1334,1304,
    

  44.     1273,1241,1209,1176,1142,1107,1072,1036,1000,963,925,887,849,809,770,729,
    

  45.     689,648,606,565,523,480,437,394,351,308,264,220,176,132,88,44
    

  46. };
    

  47. STEPPER_MOTOR sm = {
    

  48.     .Mode = 0,
    

  49.     .Dir = 0,
    

  50.     .Step = 0
    

  51. };
    

  52. static int16_t g_StepLogic = 0;
    

  53. static uint8_t g_AIN1_Index = 0;
    

  54. static uint8_t g_AIN2_Index = 0;
    

  55. static uint8_t g_BIN1_Index = 0;
    

  56. static uint8_t g_BIN2_Index = 0;
    

  57. uint8_t g_Full_En = 0;
    

  58. static uint16_t g_Full_Delay = 30;
    

  59. static int16_t g_Full_TimerCount = 30;
    

  60. static int g_Integer = 0;   //整数部分
    

  61. static int g_Remainder = 0;  //余数部分
    

  62. static int16_t g_DelayCount1 = 1;
    

  63. static int16_t g_DelayCount2 = 1;
    

  64. static int16_t g_TimerCount1 = 0;
    

  65. static int16_t g_TimerCount2 = 0;
    

  66. static int16_t g_Step_Count = 0;
    

  67. /**
    

  68.   * [url=/u/brief]@brief[/url]  设置步进电机速度
    

  69.   * @param  speed: 转速（单位：r/min)
    

  70.   * @retval 无
    

  71.   */
    

  72. void Set_StepperMotor_Speed(float speed)
    

  73. {
    

  74.     float delay = 0,delay_cnt = 0;
    

  75.     float time = 60 / speed; //每转所需时间,单位s
    

  76.     delay = (time * 1000000) - (MICROSTEP * 200 * PWM_CYCLE);
    

  77.     delay_cnt = delay / PWM_CYCLE;
    

  78.     g_Integer = (int)delay_cnt / (MICROSTEP * 200);
    

  79.     g_Remainder = (int)delay_cnt % (MICROSTEP * 200);
    

  80.     if(g_Integer >= 0)
    

  81.     {
    

  82.         g_DelayCount1 = g_Integer + 1;
    

  83.         g_TimerCount1 = g_DelayCount1;
    

  84.     }
    

  85.     if(g_Remainder > 0)
    

  86.     {
    

  87.         g_DelayCount2 = g_DelayCount1 + 1;
    

  88.         g_TimerCount2 = g_DelayCount2;
    

  89.     }
    

  90. }
    

  91. /**
    

  92.   * @brief  启动步进电机
    

  93.   * @param  mode: 0-连续旋转 1-转动指定步数
    

  94.   * @param  dir: 0-顺时针 1-逆时针
    

  95.   * @param  step: 指定步数（mode=1时有效）
    

  96.   * @retval 无
    

  97.   */
    

  98. void Start_StepperMotor(uint8_t mode, uint8_t dir, uint32_t step)
    

  99. {
    

  100.     if(mode == 0)
    

  101.     {
    

  102.         sm.Mode = 0;
    

  103.     }
    

  104.     else
    

  105.     {
    

  106.         sm.Mode = 1;
    

  107.         sm.Step = step;
    

  108.     }
    

  109.     if(dir == 0)
    

  110.     {
    

  111.         sm.Dir = 0;
    

  112.         if(g_Full_En == 0)
    

  113.         {
    

  114.             g_StepLogic = MICROSTEP << 2;
    

  115.         }
    

  116.         else
    

  117.         {
    

  118.             g_StepLogic = 3;
    

  119.         }
    

  120.     }
    

  121.     else
    

  122.     {
    

  123.         sm.Dir = 1;
    

  124.         g_StepLogic = 0;
    

  125.     }
    

  126.     if(g_Full_En == 1)
    

  127.     {
    

  128.         g_Full_TimerCount = g_Full_Delay;
    

  129.     }
    

  130.     TIM3->DIER |= (0x1UL << 0);
    

  131.     TIM3->CR1 |= (0x1UL << 0);
    

  132.     AIN1_SetCompare(TIM3, 0);
    

  133.     AIN2_SetCompare(TIM3, 0);
    

  134.     BIN1_SetCompare(TIM3, 0);
    

  135.     BIN2_SetCompare(TIM3, 0);
    

  136.     TIM3->CCER |= (0x1UL << 0);
    

  137.     TIM3->CCER |= (0x1UL << 4);
    

  138.     TIM3->CCER |= (0x1UL << 8);
    

  139.     TIM3->CCER |= (0x1UL << 12);
    

  140. }
    

  141. /**
    

  142.   * @brief  停止步进电机
    

  143.   * @retval 无
    

  144.   */
    

  145. void Stop_StepperMotor(void)
    

  146. {
    

  147.     TIM3->DIER &= ~(0x1UL << 0);
    

  148.     TIM3->CR1 &= ~(0x1UL << 0);
    

  149.     AIN1_SetCompare(TIM3, 0);
    

  150.     AIN2_SetCompare(TIM3, 0);
    

  151.     BIN1_SetCompare(TIM3, 0);
    

  152.     BIN2_SetCompare(TIM3, 0);
    

  153.     TIM3->CCER &= ~(0x1UL << 0);
    

  154.     TIM3->CCER &= ~(0x1UL << 4);
    

  155.     TIM3->CCER &= ~(0x1UL << 8);
    

  156.     TIM3->CCER &= ~(0x1UL << 12);
    

  157. }
    

  158. /**
    

  159.   * @brief  四拍微步控制，需要在PWM定时器UPDATE中断中调用
    

  160.   * @retval 无
    

  161.   */
    

  162. void Microstep_Control(void)
    

  163. {
    

  164.     uint8_t phase = 0;
    

  165.     if(g_Full_En == 0)
    

  166.     {
    

  167.         if(g_Step_Count >= (MICROSTEP * 200))
    

  168.         {
    

  169.             g_Step_Count = 0;
    

  170.         }
    

  171.         if(g_Step_Count < g_Remainder)
    

  172.         {
    

  173.             g_TimerCount2--;
    

  174.         }
    

  175.         else
    

  176.         {
    

  177.             g_TimerCount1--;
    

  178.         }
    

  179.         if(g_TimerCount1 <= 0 || g_TimerCount2 <= 0)
    

  180.         {
    

  181.             g_TimerCount1 = g_DelayCount1;
    

  182.             g_TimerCount2 = g_DelayCount2;
    

  183.             phase = g_StepLogic >> 6;
    

  184.             switch(phase)
    

  185.             {
    

  186.                 case 0:
    

  187.                 g_AIN1_Index = g_StepLogic;
    

  188.                 g_AIN2_Index = 0;
    

  189.                 g_BIN1_Index = 0;
    

  190.                 g_BIN2_Index = g_StepLogic + MICROSTEP;
    

  191.                 break;
    

  192.                 case 1:
    

  193.                 g_AIN1_Index = g_StepLogic;
    

  194.                 g_AIN2_Index = 0;
    

  195.                 g_BIN1_Index = g_StepLogic - MICROSTEP;
    

  196.                 g_BIN2_Index = 0;
    

  197.                 break;
    

  198.                 case 2:
    

  199.                 g_AIN1_Index = 0;
    

  200.                 g_AIN2_Index = g_StepLogic - (MICROSTEP << 1);
    

  201.                 g_BIN1_Index = g_StepLogic - MICROSTEP;
    

  202.                 g_BIN2_Index = 0;
    

  203.                 break;
    

  204.                 case 3:
    

  205.                 g_AIN1_Index = 0;
    

  206.                 g_AIN2_Index = g_StepLogic - (MICROSTEP << 1);
    

  207.                 g_BIN1_Index = 0;
    

  208.                 g_BIN2_Index = g_StepLogic - ((MICROSTEP << 1) + MICROSTEP);
    

  209.                 break;
    

  210.             }
    

  211.             g_Step_Count++;
    

  212.             AIN1_SetCompare(TIM3, PWM_CNT - Current_Subdivision_Table[g_AIN1_Index]);
    

  213.             AIN2_SetCompare(TIM3, PWM_CNT - Current_Subdivision_Table[g_AIN2_Index]);
    

  214.             BIN1_SetCompare(TIM3, PWM_CNT - Current_Subdivision_Table[g_BIN1_Index]);
    

  215.             BIN2_SetCompare(TIM3, PWM_CNT - Current_Subdivision_Table[g_BIN2_Index]);
    

  216.             if(sm.Dir == 0)
    

  217.             {
    

  218.                 g_StepLogic--;
    

  219.                 if(g_StepLogic < 0)
    

  220.                 {
    

  221.                     g_StepLogic = MICROSTEP << 2;
    

  222.                 }
    

  223.             }
    

  224.             else
    

  225.             {
    

  226.                 g_StepLogic++;
    

  227.                 if(g_StepLogic > ((MICROSTEP << 2) - 1))
    

  228.                 {
    

  229.                     g_StepLogic = 0;
    

  230.                 }
    

  231.             }
    

  232.             if(sm.Mode == 1)
    

  233.             {
    

  234.                 sm.Step--;
    

  235.                 if(sm.Step < 0)
    

  236.                 {
    

  237.                     sm.Step = 0;
    

  238.                     Stop_StepperMotor();
    

  239.                 }
    

  240.             }
    

  241.         }
    

  242.     }
    

  243.     else
    

  244.     {
    

  245.         g_Full_TimerCount--;
    

  246.         if(g_Full_TimerCount < 0)
    

  247.         {
    

  248.             g_Full_TimerCount = g_Full_Delay;
    

  249.             if(sm.Dir == 0)
    

  250.             {
    

  251.                 g_StepLogic--;
    

  252.                 if(g_StepLogic < 0) g_StepLogic = 3;
    

  253.             }
    

  254.             else
    

  255.             {
    

  256.                 g_StepLogic++;
    

  257.                 if(g_StepLogic > 3) g_StepLogic = 0;
    

  258.             }
    

  259.             switch (g_StepLogic)
    

  260.             {
    

  261.                 case 0:
    

  262.                 AIN1_SetCompare(TIM3,PWM_CNT);
    

  263.                 AIN2_SetCompare(TIM3,0);
    

  264.                 BIN1_SetCompare(TIM3,PWM_CNT);
    

  265.                 BIN2_SetCompare(TIM3,0);
    

  266.                 break;
    

  267.                 case 1:
    

  268.                 AIN1_SetCompare(TIM3,0);
    

  269.                 AIN2_SetCompare(TIM3,PWM_CNT);
    

  270.                 BIN1_SetCompare(TIM3,PWM_CNT);
    

  271.                 BIN2_SetCompare(TIM3,0);
    

  272.                 break;
    

  273.                 case 2:
    

  274.                 AIN1_SetCompare(TIM3,0);
    

  275.                 AIN2_SetCompare(TIM3,PWM_CNT);
    

  276.                 BIN1_SetCompare(TIM3,0);
    

  277.                 BIN2_SetCompare(TIM3,PWM_CNT);
    

  278.                 break;
    

  279.                 case 3:
    

  280.                 AIN1_SetCompare(TIM3,PWM_CNT);
    

  281.                 AIN2_SetCompare(TIM3,0);
    

  282.                 BIN1_SetCompare(TIM3,0);
    

  283.                 BIN2_SetCompare(TIM3,PWM_CNT);
    

  284.                 break;
    

  285.             }
    

  286.         }
    

  287.     }
    

  288. }
    

  289. 最后在定时器中断中调用Microstep_Control()即可：
    

  290. void TIM3_IRQHandler(void)
    

  291. {
    

  292. /* USER CODE BEGIN TIM3_IRQn 0 */
    

  293.     if((TIM3->SR & (0x1UL << 0)) == (0x1UL << 0))   //UPDATE中断
    

  294.     {
    

  295.         TIM3->SR = ~(0x1UL << 0);
    

  296.         Microstep_Control();
    

  297.     }
    

  298. /* USER CODE END TIM3_IRQn 0 */
    

  299. /* USER CODE BEGIN TIM3_IRQn 1 */
    

  300. /* USER CODE END TIM3_IRQn 1 */
    

  301. }



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szt1993 发表于 2025-9-30 09:55 | 显示全部楼层
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