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【STM32】实战3.1—用STM32与TB6600驱动器驱动42步进电机（一）

时间：2019-02-13 20:53:59

0 参考资料出处

1 实验预期效果

2 硬件学习

2.1 TB6600驱动器

2.1.1 通过拨码开关设定细分与电流

2.1.2 共阴共阳接线法

2.2 开关电源（AC转DC变压器）& 电源线

2.3 42步进电机

2.3.1 基本知识

2.3.2 转速细分控制

2.3.3 满步、半步、微步驱动原理

3 软件配置与硬件接线

3.1STM32CubeMX的配置

3.1.1 配置定时器TIM2编辑

3.1.2 配置引脚PA1

3.2 驱动器的接线方式

3.3 细分与电流调节

编辑

4 代码编写

5 最终效果

6 附录

6.1 TB6600驱动器

6.1.1 驱动器功能

6.1.2 接线

6.1.3 常见故障及对策

6.2 42步进电机尺寸图与内部结构

0 参考资料出处

参考博客：

1、利用STM32F103精确控制步进电机_jl_mlh的博客-CSDN博客_stm32控制步进电机；

2、图文介绍步进电机的满步、半步、微步驱动原理-深圳东么川伺服控制有限公司；

3、【STM32】stm32驱动TB6600控制42/57步进电机的案例（TIM中断和PWM实验）_创客协会的阿蛋°的博客-CSDN博客_stm32驱动42步进电机程序；

4、STM32之TIM定时器驱动42步进电机-驱动器型号TB6600_为丽力的博客-CSDN博客_stm32驱动42步进电机；

参考论文：

1、侯艳霞. 混合式步进电机工作原理及其PLC控制；

1 实验预期效果

完成步进电机的正转（不通过串口控制、非可移动供电）。

2 硬件学习

2.1 TB6600驱动器

某宝店家提供资料如下：

2.1.1 通过拨码开关设定细分与电流

2.1.2 共阴共阳接线法

共阴：
驱动器 —— stm32
DIR- 与 PUL- —— GND
DIR+—— 方向引脚
PUL+ —— 脉冲引脚
共阳：
驱动器 —— stm32
DIR+ 与 PUL+ —— +5V
DIR-—— 方向引脚
PUL- ——脉冲引脚

2.2 开关电源（AC转DC变压器）& 电源线

2.3 42步进电机

2.3.1 基本知识

由商家提供资料可知：42步进电机的相数为2（A、B两相，每相并联支路数为2，每条支路串联2个线圈）、步距角为1.8°（满步时）、转子齿数为50。

每拍只有一相绕组通电，四拍构成一个循环。上图中，定子的B相通电，磁极2的5个齿与转子齿对齿（如下图4），由分析可知，磁极6也同转子齿对齿，而磁极4和8是齿对槽（如下图2）。旁边的A相绕组的磁极3的5个齿和转子齿有1/4齿距的错位（如下图3），即1.8°（360°/50/4）。

当B相断电A相通电时，磁极3产生N极性，吸合离它最近的S极转子齿，使得转子沿顺时针方向转过1.8°，实现磁极3和转子齿对齿，此时磁极4和转子齿有1/4齿距的错位。

依次类推若继续按四拍的顺序通电，转子就按顺时针方向一步一步地转动，每通电一次（即每来一个脉冲）转子转过1.8°，即称步距角为1.8°，转子转过一圈需要360°/1.8° =200个脉冲。与表相符。

【参数及公式可参阅文章：利用STM32F103精确控制步进电机_jl_mlh的博客-CSDN博客】
①拍数（N=km）——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）；
单拍制（k=1）——拍数 =相数；双拍制（k=2）——拍数 =相数的两倍；
②相数（m）——即电机内部的线圈组数。如果使用细分驱动器，则相数将变得没有意义，只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角；
③转子齿数（Zr）；
④步距角（θs）——步进机通过一个电脉冲转子转过的角度；
⑤转速（n）

2.3.2 转速细分控制

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。

f：脉冲频率；θs：步距角；X：细分值；n：转速（rad/s）。

若已知步距角=1.8°，细分值=32，想要达到1rad/s的转速（每秒转一圈），则脉冲频率=1*32*360/1.8=6400，即6400个脉冲为一转，与所给表相符合。

2.3.3 满步、半步、微步驱动原理

【该部分摘自文章：图文介绍步进电机的满步、半步、微步驱动原理】

满步驱动（单拍满步驱动和双拍满步驱动）：

半步驱动：

半步驱动的好处是提高分辨率，但是缺点是扭矩只有满步驱动的70%，当然，也可以通过优化线圈中电流大小，来提高半步驱动扭矩。

微步驱动：

图上英文为：With maximum power in phase A, phase B is at zero. The rotor will line up with phase A. As current to phase A decreases, it increases to phase B. The rotor will take small steps towards phase B until phase B is at its maximum and phase A is at zero. The process then continues around the other phases.

翻译过来大致意思就是：A线圈开始有最大电流，B线圈电流为0，转子指向A线圈。如果A线圈电流慢慢减小，B线圈电流慢慢增大，转子就会慢慢的转向B线圈。

宏观来看，A、B线圈的电流变化都接近于三角函数曲线。电流每一步变化的大小，则决定了微步运动的大小。虽然步数越多，运动越平滑，但是扭矩也会相应的减小。

电流每一步的变化的大小，决定了微步运动的大小，右上图为1/4，1/8，1/16微步电流变化示意图。

微步运动举例：在图1中，A线圈通满电流，图2中A线圈通最大电流的0.92倍，而B线圈通最大电流的0.38倍，实现22.5°旋转。同理，图3中，A和B线圈同时通最大电流的0.71倍，可以实现45°旋转。

步数越多，可以获得越平滑的运动，噪声也越小，不容易失步（丢步），但是代价就是扭矩大大减小。

3 软件配置与硬件接线

3.1STM32CubeMX的配置

【基础配置见【STM32】1—零基础硬件软件配置 & 完成LED的闪烁_ココの奇妙な冒険的博客-CSDN博客_stm32配置软件】

原理图：

3.1.1 配置定时器TIM2

其输出引脚为PA0。

3.1.2 配置引脚PA1

因希望其正转，则将电平拉高：

3.2 驱动器的接线方式

采用共阴接法：

3.3 细分与电流调节

4 代码编写

【代码参考博客STM32之TIM定时器驱动42步进电机-驱动器型号TB6600_stm32驱动42步进电机】

在自动生成代码的基础上需在main.c中增加：

定义变量：

int count;

开启PWM中断并拉高引脚（后者可省去）：

HAL_TIM_PWM_Start_IT(&htim2,TIM_CHANNEL_1);HAL_GPIO_WritePin(DIR_GPIO_Port, DIR_Pin, GPIO_PIN_SET);

计数1000次后停转：

void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){if(htim == &htim2){if(count <1000){count++;}else{HAL_TIM_PWM_Stop_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);count = 0;}}}

总代码如下：

main.c:

/* USER CODE BEGIN Header *//********************************************************************************* @file : main.c* @brief: Main program body******************************************************************************* @attention** Copyright (c) STMicroelectronics.* All rights reserved.** This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file* in the root directory of this software component.* If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.********************************************************************************//* USER CODE END Header *//* Includes ------------------------------------------------------------------*/#include "main.h"#include "tim.h"#include "gpio.h"/* Private includes ----------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN Includes */int count;/* USER CODE END Includes *//* Private typedef -----------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN PTD *//* USER CODE END PTD *//* Private define ------------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN PD *//* USER CODE END PD *//* Private macro -------------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN PM *//* USER CODE END PM *//* Private variables ---------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN PV *//* USER CODE END PV *//* Private function prototypes -----------------------------------------------*/void SystemClock_Config(void);/* USER CODE BEGIN PFP *//* USER CODE END PFP *//* Private user code ---------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN 0 *//* USER CODE END 0 *//*** @brief The application entry point.* @retval int*/int main(void){/* USER CODE BEGIN 1 *//* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* USER CODE BEGIN SysInit *//* USER CODE END SysInit *//* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_TIM2_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */HAL_TIM_PWM_Start_IT(&htim2,TIM_CHANNEL_1);HAL_GPIO_WritePin(DIR_GPIO_Port, DIR_Pin, GPIO_PIN_SET);/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */}/*** @brief System Clock Configuration* @retval None*/void SystemClock_Config(void){RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};/** Configure the main internal regulator output voltage*/__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();__HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);/** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters* in the RCC_OscInitTypeDef structure.*/RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 8;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 168;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 4;if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK){Error_Handler();}/** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks*/RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4;RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_5) != HAL_OK){Error_Handler();}}/* USER CODE BEGIN 4 */void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){if(htim == &htim2){if(count <1000){count++;}else{HAL_TIM_PWM_Stop_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);count = 0;}}}/* USER CODE END 4 *//*** @brief This function is executed in case of error occurrence.* @retval None*/void Error_Handler(void){/* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug *//* User can add his own implementation to report the HAL error return state */__disable_irq();while (1){}/* USER CODE END Error_Handler_Debug */}#ifdef USE_FULL_ASSERT/*** @brief Reports the name of the source file and the source line number* where the assert_param error has occurred.* @param file: pointer to the source file name* @param line: assert_param error line source number* @retval None*/void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line){/* USER CODE BEGIN 6 *//* User can add his own implementation to report the file name and line number,ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) *//* USER CODE END 6 */}#endif /* USE_FULL_ASSERT */

gpio.c:

/* USER CODE BEGIN Header *//********************************************************************************* @file gpio.c* @brief This file provides code for the configuration*of all used GPIO pins.******************************************************************************* @attention** Copyright (c) STMicroelectronics.* All rights reserved.** This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file* in the root directory of this software component.* If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.********************************************************************************//* USER CODE END Header *//* Includes ------------------------------------------------------------------*/#include "gpio.h"/* USER CODE BEGIN 0 *//* USER CODE END 0 *//*----------------------------------------------------------------------------*//* Configure GPIO *//*----------------------------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN 1 *//* USER CODE END 1 *//** Configure pins as* Analog* Input* Output* EVENT_OUT* EXTI*/void MX_GPIO_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};/* GPIO Ports Clock Enable */__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();/*Configure GPIO pin Output Level */HAL_GPIO_WritePin(DIR_GPIO_Port, DIR_Pin, GPIO_PIN_SET);/*Configure GPIO pin : PtPin */GPIO_InitStruct.Pin = DIR_Pin;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(DIR_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);}/* USER CODE BEGIN 2 *//* USER CODE END 2 */

tim.c:

/* USER CODE BEGIN Header *//********************************************************************************* @file tim.c* @brief This file provides code for the configuration*of the TIM instances.******************************************************************************* @attention** Copyright (c) STMicroelectronics.* All rights reserved.** This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file* in the root directory of this software component.* If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.********************************************************************************//* USER CODE END Header *//* Includes ------------------------------------------------------------------*/#include "tim.h"/* USER CODE BEGIN 0 *//* USER CODE END 0 */TIM_HandleTypeDef htim2;/* TIM2 init function */void MX_TIM2_Init(void){/* USER CODE BEGIN TIM2_Init 0 *//* USER CODE END TIM2_Init 0 */TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};/* USER CODE BEGIN TIM2_Init 1 *//* USER CODE END TIM2_Init 1 */htim2.Instance = TIM2;htim2.Init.Prescaler = 83;htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;htim2.Init.Period = 999;htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;if (HAL_TIM_Base_Init(&htim2) != HAL_OK){Error_Handler();}sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim2, &sClockSourceConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim2) != HAL_OK){Error_Handler();}sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMasterConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;sConfigOC.Pulse = 500;sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK){Error_Handler();}/* USER CODE BEGIN TIM2_Init 2 *//* USER CODE END TIM2_Init 2 */HAL_TIM_MspPostInit(&htim2);}void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef* tim_baseHandle){if(tim_baseHandle->Instance==TIM2){/* USER CODE BEGIN TIM2_MspInit 0 *//* USER CODE END TIM2_MspInit 0 *//* TIM2 clock enable */__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();/* TIM2 interrupt Init */HAL_NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn, 0, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);/* USER CODE BEGIN TIM2_MspInit 1 *//* USER CODE END TIM2_MspInit 1 */}}void HAL_TIM_MspPostInit(TIM_HandleTypeDef* timHandle){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};if(timHandle->Instance==TIM2){/* USER CODE BEGIN TIM2_MspPostInit 0 *//* USER CODE END TIM2_MspPostInit 0 */__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();/**TIM2 GPIO ConfigurationPA0-WKUP------> TIM2_CH1*/GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF1_TIM2;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);/* USER CODE BEGIN TIM2_MspPostInit 1 *//* USER CODE END TIM2_MspPostInit 1 */}}void HAL_TIM_Base_MspDeInit(TIM_HandleTypeDef* tim_baseHandle){if(tim_baseHandle->Instance==TIM2){/* USER CODE BEGIN TIM2_MspDeInit 0 *//* USER CODE END TIM2_MspDeInit 0 *//* Peripheral clock disable */__HAL_RCC_TIM2_CLK_DISABLE();/* TIM2 interrupt Deinit */HAL_NVIC_DisableIRQ(TIM2_IRQn);/* USER CODE BEGIN TIM2_MspDeInit 1 *//* USER CODE END TIM2_MspDeInit 1 */}}/* USER CODE BEGIN 1 *//* USER CODE END 1 */