20-CubeMx+Keil+Proteus仿真STM32 - 步进电动机

本文例子参考《STM32单片机开发实例——基于Proteus虚拟仿真与HAL/LL库》
源代码：https://github.com/LanLinnet/STM32F103R6

项目要求

理解H桥电路的工作原理，结合前面几个项目学习过的定时器中断、EXTI、串口通讯等，要求通过7个按钮控制步进电动机的运行状态，包括：连续正转、连续反转、停止、加速、减速、点动正转和点动反转。

硬件设计

在第一节的基础上，在Proteus中添加电路如下图所示。其中我们添加了一个达林顿晶体管阵列ULN2803，一个步进电动机MOTOR-STEPPER。

此外，我们还添加了一个虚拟仪表：虚拟终端VIRTUAL TERMINAL，将其波特率设置为19200bits/s。
达林顿晶体管阵列ULN2803：ULN2803内部具有一个8路NPN达林顿晶体管阵列，适合作为TTL、CMOS、NMOS或PMOS等低逻辑电平数字电路与继电器、步进电动机等直流高电压、大电流设备之间的接口。其引脚排序如下图所示，引脚1-8为8路输入，引脚11-18为8路输出，引脚9为GND，引脚10为公共端。

8路达林顿晶体管某1路的内部电路结构示意图如下图所示。在实际使用的时候，一般将负载一端接在公共引脚COM，将负载另一端接在输出引脚\(O_n\)(n=1,2,3...,8)。COM引脚同时连接负载高电压，输入的逻辑信号地和输出的电源地同时连接GND引脚。当输入逻辑信号为高电平时，ULN2803导通，\(O_n\)引脚接地，负载回路通路；反之，负载回路短路。

此外，由于ULN2803输入的逻辑高电平为+5V，所以STM32单片机需要选择具备“FT”特性的GPIO引脚与其连接。
步进电动机的驱动：
1）简介：步进电动机属于特种电动机，其角位移与给定的脉冲个数成正比，转速与脉冲的频率成正比。
2）引脚：本项目所使用的Proteus中的步进电动机MOTOR STEPPER是一种四相六线制的步进电动机，四相分别为A、B、C、D，可以选择四相单四拍、四相双四拍或四相单双八拍3种驱动方式。
- 四相单四拍：A → B → C → D ...
- 四相双四拍：AB → BC → CD → DA ...
- 四相单双八拍：A → AB → B → BC → C → CD → D → DA ...
  四相步进电动机的3种相序如下表所示，本项目采用四相双四拍的驱动方式。
打开CubeMX，建立工程。这一项目有很多设置都与前面涉及的项目相似，若不熟悉可以进行回顾。
- 首先，设置具有“FT”功能的GPIO管脚PC6-PC9为GPIO_Output，设置GPIO mode为开漏输出模式Output Open Drain，GPIO Pull-up/Pull-down为不需要内部上拉和下拉电阻No pull-up and no pull-down，因为已经在电路中通过外部电阻上拉到+5V。
- 然后，设置串口，可参考链接串口通讯，配置如下图所示。
- 随后，设置定时器3，可参考链接定时器中断，配置如下图所示。
- 最后，设置外部中断，并将NVIC中的中断使能都勾选上，可参考链接EXTI，配置如下图所示。
点击“Generator Code”生成Keil工程。

软件编写

点击“Open Project”在Keil中打开工程，打开“main.c”，添加代码如下。

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"		//引入标准输入输出库头文件
/* USER CODE END Includes */

/* USER CODE BEGIN PV */
char rd = 'C';		//C表示顺时针，A表示逆时针
uint16_t arr = 49;		//定时器重载值
int StepNo = 1;		//步序编号，1-AB  2-BC  3-CD  4-DA
uint8_t rf = 0;
/* USER CODE END PV */

/* USER CODE BEGIN PFP */
void StepOut(uint8_t StepNo);		//定义相序设置函数
/* USER CODE END PFP */

/* USER CODE BEGIN 1 */
char str[4];		//串口输出值存放数组
/* USER CODE END 1 */

/* USER CODE BEGIN 2 */
__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim3, arr);		//定时器3自动重载设定值
/* USER CODE END 2 */

/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
  if(rf == 1)
  {
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&"Time Interval[ms]", 18, 18);
    sprintf(str, "%d", arr);
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)str, 3, 3);
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&"\n\r", 2, 2);
    rf = 0;
  }
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */

/* USER CODE BEGIN 4 */
//步序设置函数
void StepOut(uint8_t StepNo)
{
  if(StepNo==1)		//步序1-AB
  {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_SET);
  }
  else if(StepNo==2)		//步序2-BC
  {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_SET);
  }
  else if(StepNo==3)		//步序3-CD
  {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_SET);
  }
  else if(StepNo==4)		//步序4-DA
  {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);
  }
}

//定时器3中断回调函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback (TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  if(htim==&htim3)
  {
    if(rd=='C')		//正转
    {
      StepNo++;
      if(StepNo>4)StepNo=1;
      StepOut(StepNo);
    }
    else if(rd=='A')		//反转
    {
      StepNo--;
      if(StepNo<0)StepNo=4;
      StepOut(StepNo);
    }
  }
}

//外部中断回调函数
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
  if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_0)		//按键0-连续正转
  {
    rd='C';
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
    StepOut(StepNo);
    rf=1;
  }
  else if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_1)		//按键1-连续反转
  {
    rd='A';
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
    StepOut(StepNo);
    rf=1;
  }
  else if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_2)		//按键2-停止
  {
    HAL_TIM_Base_Stop(&htim3);
  }
  else if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_3)		//按键3-加速
  {
    if(arr>49)arr-=50;
    __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim3,arr);
    rf=1;
  }
  else if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_4)		//按键4-减速
  {
    if(arr<999)arr+=50;
    __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim3,arr);
    rf=1;
  }
  else if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_5)		//按键5-点动正转
  {
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_5)==GPIO_PIN_RESET)  //检测下降沿
    {
      rd='C';
      HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
      StepOut(StepNo);
      rf=1;
    }
    else  //检测上升沿
    {
      HAL_TIM_Base_Stop(&htim3);
    }
  }
  else if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_6)		//按键6-点动正转
  {
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_6)==GPIO_PIN_RESET)  //检测下降沿
    {
      rd='A';
      HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
      StepOut(StepNo);
      rf=1;
    }
    else  //检测上升沿
    {
      HAL_TIM_Base_Stop(&htim3);
    }
  }
}
/* USER CODE END 4 */

联合调试

点击运行，生成HEX文件。
在Proteus中加载相应HEX文件，点击运行。按下不同的按键，可以看到电动机转速的变化，并且在虚拟终端中可以看到定时器3的重载设定值。

写在最后

至此为止，STM32F103R6的项目已经全部写完，我们即将开始新的旅途。

posted @ 2022-06-02 11:01 Sheepeach 阅读(2507) 评论(0) 编辑收藏举报

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