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
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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。
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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。
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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。