第八十八章：CH32V103应用教程——步进电机驱动

草帽王子

本章主要使用CH32V103进行步进电机的驱动，需要用到ULN2003步进电机驱动板和5V步进电机（四相五线），此处使用GPIO进行步进电机驱动控制。


1、GPIO简介及相关函数介绍

关于GPIO，在前面章节已进行过介绍，在此不再赘述。

关于步进电机，此处所用电机型号为28BYJ-48（步进电机），减速比为1:64，步进脚为5.625/64度，如果需要转动转动一圈，那么需要 360/5.625*64=4096 个脉冲信号。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行设备。步进电机驱动信号为脉冲信号，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。

我们可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时我们可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。


2、硬件设计

本章教程主要通过GPIO引脚控制ULN2003步进电机驱动板驱动步进电机，CH32V103开发板与ULN2003步进电机驱动板的连接方式如下：

• PB6连接驱动板的IN1引脚
• PB7连接驱动板的IN2引脚
• PB8连接驱动板的IN3引脚
• PB9连接驱动板的IN4引脚
  

3、软件设计

使用GPIO控制步进电机驱动板具体程序如下：
gpio.h文件

1. #ifndef __GPIO_H
   
2. #define __GPIO_H
   
3. 
   
4. #include "ch32v10x_conf.h"
   
5. 
   
6. //ULN2003驱动
   
7. 
   
8. void Moto_Init(void);      //步进电机初始化
   
9. 
   
10. void Motorcw(u8 speed);    //步进电机正转函数
    
11. void Motorccw(u8 speed);   //步进电机反转函数
    
12. 
    
13. void Motorcw_angle(int angle,int speed);  //步进电机正转角度函数
    
14. void Motorccw_angle(int angle,int speed); //步进电机反转角度函数
    
15. 
    
16. void MotorStop(void);      //步进电机停止函数
    
17. 
    
18. #endif

复制代码

gpio.h文件主要进行函数声明；
gpio.c文件

1. #include "gpio.h"
   
2. #include "debug.h"
   
3. 
   
4. //#define N 4
   
5. #define N 8
   
6. 
   
7. //步进电机正反转数组  数组的值，即对应GPIO引脚的值
   
8. //单四拍
   
9. //uint16_t phasecw[4] ={0x0200,0x0100,0x0080,0x0040};// D-C-B-A.（9-8-7-6）
   
10. //uint16_t phaseccw[4]={0x0040,0x0080,0x0100,0x0200};// A-B-C-D.（6-7-8-9）
    
11. 
    
12. ////双四拍
    
13. //uint16_t phasecw[4] ={0x0300,0x0180,0x00C0,0x0240};// DC-CB-BA-AD.
    
14. //uint16_t phaseccw[4]={0x00C0,0x0180,0x0300,0x0240};// AB-BC-CD-DA.
    
15. 
    
16. //四相八拍
    
17. uint16_t phasecw[8] ={0x0200,0x0300,0x0100,0x0180,0x0080,0x00C0,0x0040,0x0240};// D-DC-C-CB-B-BA-A-AB.
    
18. uint16_t phaseccw[8]={0x0040,0x00C0,0X0080,0x0180,0x0100,0x0300,0x0200,0x0240};// A-AB-B-BC-C-CD-D-DA.
    
19. 
    
20. //电机初始化函数
    
21. void Moto_Init(void)
    
22. {
    
23.     //步进电机初始化
    
24.     // IN1: PB6   a
    
25.     // IN2: PB7   b
    
26.     // IN3: PB8   c
    
27.     // IN4: PB9   d
    
28.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
29.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
    
30. 
    
31.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9 ;
    
32.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    
33.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
34.     GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
    
35. 
    
36.     GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 |GPIO_Pin_8 |GPIO_Pin_9 );
    
37. }
    
38. 
    
39. //电机正转函数
    
40. //其中，speed的值越大，速度越慢，值越小，速度越快，speed相当于调节脉冲速度
    
41. //转动速度和脉冲频率成正比，在此处，延时越小，频率越高
    
42. void Motorcw(u8 speed)
    
43. {
    
44.     uint8_t i=0;
    
45. 
    
46.     for(i=0;i<N;i++)
    
47.     {
    
48.         GPIO_Write(GPIOB,phasecw[i]);
    
49.         Delay_Ms(speed);
    
50.     }
    
51. }
    
52. 
    
53. //电机反转函数
    
54. void Motorccw(u8 speed)
    
55. {
    
56.     uint8_t i;
    
57.     for(i=0;i<N;i++)
    
58.     {
    
59.         GPIO_Write(GPIOB,phaseccw[i]);
    
60.         Delay_Ms(speed);
    
61.     }
    
62. }
    
63. 
    
64. //电机停止函数
    
65. void MotorStop(void)
    
66. {
    
67.     //GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 |GPIO_Pin_8 |GPIO_Pin_9 );
    
68.     GPIO_Write(GPIOB,0x0000);
    
69. }
    
70. 
    
71. //电机正转角度
    
72. void Motorcw_angle(int angle,int speed)
    
73. {
    
74.     int i,j;
    
75.     j=(int)(angle/0.70312);
    
76.     for(i=0;i<j;i++)
    
77.     {
    
78.         Motorcw(speed);
    
79.     }
    
80. }
    
81. 
    
82. //电机反转角度
    
83. void Motorccw_angle(int angle,int speed)
    
84. {
    
85.     int i,j;
    
86.     j=(int)(angle/0.70312);
    
87.     for(i=0;i<j;i++)
    
88.     {
    
89.         Motorccw(speed);
    
90.     }
    
91. }

复制代码

gpio.c文件内几个函数主要进行电机的相关控制。关于几个函数的具体介绍，在程序中都有详细注释在此不再赘述。
main.c文件

1. /********************************** (C) COPYRIGHT *******************************
   
2. * File Name          : main.c
   
3. * Author             : WCH
   
4. * Version            : V1.0.0
   
5. * Date               : 2020/04/30
   
6. * Description        : Main program body.
   
7. *******************************************************************************/
   
8. 
   
9. /*
   
10. *@Note
    
11. 电机驱动
    
12. ULN2003步进电机驱动板+5V步进电机(四相五线）
    
13. 电机型号为：28BYJ-48（减速步进电机），减速比为1:64，步进脚为5.625/64度，如果需要转动一圈，那么需要 360/5.625*64=4096 个脉冲信号。
    
14. 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行设备。步进电机驱动信号为脉冲信号
    
15. 当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。
    
16. 我们可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时我们可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
    
17. */
    
18. 
    
19. #include "debug.h"
    
20. 
    
21. #include "gpio.h"
    
22. 
    
23. 
    
24. /* Global typedef */
    
25. 
    
26. /* Global define */
    
27. 
    
28. /* Global Variable */
    
29. 
    
30. 
    
31. /*******************************************************************************
    
32. * Function Name  : main
    
33. * Description    : Main program.
    
34. * Input          : None
    
35. * Return         : None
    
36. *******************************************************************************/
    
37. int main(void)
    
38. {
    
39. 
    
40.     USART_Printf_Init(115200);
    
41.     Moto_Init();
    
42.     Delay_Init();
    
43. 
    
44.     printf("This is Stepper motor driver\r\n");
    
45. 
    
46.     Motorcw_angle(360,5);   //步进电机正转角度函数
    
47.     MotorStop();
    
48.     Delay_Ms(1000);
    
49. 
    
50.     Motorccw_angle(360,5);  //步进电机反转角度函数
    
51.     MotorStop();
    
52.     Delay_Ms(1000);
    
53. 
    
54. }

复制代码

main.c文件主要进行函数初始化以及进行电机控制运行。


4、下载验证

将编译好的程序下载到开发版并复位，通过逻辑分析仪对这几个GPIO引脚进行波形采集，具体如下图。将开发板、步进电机驱动板、步进电机连接起来，可看到电机进行正反转。

87、步进电机的驱动.rar
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完

孔明

步进这种角位移执行机构挺有意思，单极性整步驱动力小，单极性半步驱动力大；双极性整步驱90动力大很多，双极性半步驱动45精度高，双极性细分驱动任意力量和精度更加。

孔明

步进这种角位移执行机构挺有意思，单极性整步驱动力小，单极性半步驱动力大；双极性整步驱90动力大很多，双极性半步驱动45精度高，双极性细分驱动任意力量和精度更佳。