步進電機特點：

• 它是通過輸入脈沖信號來進行控制的

• 電機的總轉動角度由輸入脈沖數(shù)決定

• 電機的轉速由脈沖信號頻率決定

  
  

步進電機主要用于一些有定位要求、進行精確控制的場合。特別適合要求運行平穩(wěn)、低噪音、響應快、使用壽命長、高輸出扭矩的應用場合。比如3D打印機、工業(yè)機器人等場景。

步進電機在工業(yè)機器人中的應用

步進電機相關概念：

• 拍數(shù)
  完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或導電狀態(tài)用n表示，或指電機轉過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。

• 步距角
  控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉動的角度?，F(xiàn)在市場上常規(guī)的二、四相混合式步進電機基本步距角都是1.8°。

相關問題：

問題：有一步進電機參數(shù)，如下：
[電壓 12VDC
相數(shù) 4
減速比 1/64
步距角 1.8° /64
驅動方式 四相八拍 ]
請問： 步距角1.8°/64 ，后面的 “/64”表示什么意思？此步進電機轉一圈，要多少步？

答案：12VDC的步進電機，L298N的VS接12V直流電源。步進電機本身到電機軸之間是有一級齒輪減速的，64指減速比，即：電機本身的轉子轉64圈，輸出的電機軸才轉1圈。步距角1.8° /64表示，每走動64拍，轉過角度為1.8度，轉一圈共需要(360/1.8)*64=12800拍(步)

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若是新手，不知道怎么設計電機驅動電路，可以直接購買電機驅動模塊，市面上這種功能模塊非常多，比如L298N電機驅動模塊，只需要單片機6個IO外加一個電機供電電源即可驅動步進電機。

L298N主要參數(shù)說明

• 控制信號供電：直流5V；

• 電機供電：直流3V~46V（建議使用36V以下）

• 最大工作電流：2.5A

• 額定功率：25W

• 控制信號輸入電壓范圍：

• 低電平：-0.3V <= Vin <= 1.5V

• 高電平：2.3V <= Vin <= Vss

• 使能信號輸入電壓范圍：

• 低電平：-0.3V <= Vin <= 1.5V（控制信號無效）

• 高電平：2.3V <= Vin <= Vss（控制信號有效）

• L298N芯片的輸入電壓有兩個:

  如果步進電機為5VDC供電，那么VSS和VS可以短接到一起；
  VSS和VS兩個電源要共地；
  L298N使用的過程中，發(fā)熱較大，最好添加散熱片。

  
  

• VSS：邏輯電壓，提供邏輯器件的電源，允許4.5~7V，建議為5V。

• VS：小于或等于46V，供給電機，和L298內(nèi)部輸出端的工作電源，根據(jù)電機的額定電壓來接。

如果想自己設計電路實現(xiàn)電機的驅動，可以參考如下電路。

L298N原理圖

應用實例

驅動步進電機

驅動四線兩相電機，四個狀態(tài)為1、AB正電壓；2、A-B正電壓；3、A-B-正電壓；4、AB-正電壓。

程序中使能ENA和ENB之后，令StepMotor_OUT1~StepMotor_OUT4按四個狀態(tài)變化，時序控制如下圖所示，即可控制步進電機的方向：

實現(xiàn)代碼

1. 驅動步進電

void StepMotor_Init(void){ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);       //使能PB,PC端口時鐘  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_6); GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_7);  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);  L298D_1AA = 0; L298D_2AA = 0; L298D_3AA = 0; L298D_4AA = 0; L298D_12ENA = 0; L298D_34ENA = 0;}

2. 兩相電機驅動代碼，包括正轉和反轉

void TwoPhaseMotor(unsigned char nInputData ,unsigned char nDirection){ if(1 == nDirection)             //逆時針 { switch(nInputData) { case 1: { L298D_1AA = 0; L298D_2AA = 1; L298D_3AA = 0; L298D_4AA = 1; } break; case 2: { L298D_1AA = 0; L298D_2AA = 1; L298D_3AA = 1; L298D_4AA = 0; } break; case 3: { L298D_1AA = 1; L298D_2AA = 0; L298D_3AA = 1; L298D_4AA = 0; } break; case 4: { L298D_1AA = 1; L298D_2AA = 0; L298D_3AA = 0; L298D_4AA = 1; } break; } } else if(0 == nDirection)        //順時針 { switch(nInputData) { case 1: { L298D_1AA = 1; L298D_2AA = 0; L298D_3AA = 0; L298D_4AA = 1; } break; case 2: { L298D_1AA = 1; L298D_2AA = 0; L298D_3AA = 1; L298D_4AA = 0; } break; case 3: { L298D_1AA = 0; L298D_2AA = 1; L298D_3AA = 1; L298D_4AA = 0; } break; case 4: { L298D_1AA = 0; L298D_2AA = 1; L298D_3AA = 0; L298D_4AA = 1; } break; } }}

上面函數(shù)調(diào)用一次，步進電機走一步，對上面函數(shù)進行封裝，既得到走任意步，可控制方向的函數(shù)：

• 
  

void TwoPhaseMotorNCircle(int n,unsigned char direction){ int i,j;  L298D_12ENA = 1; //只有轉的時候使能，否則持續(xù)供電，芯片和電機過熱。 L298D_34ENA = 1;  for(i=0;i { for(j=1;j<=4;j++) { TwoPhaseMotor(j,direction); delay_ms(2); } }  L298D_12ENA = 0; L298D_34ENA = 0;}

3. 主函數(shù)中調(diào)用

說明：

• 硬件實現(xiàn)中串口2與ESP8266模塊相連，使用cJSON解析收到的阿里云物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)包；

• 收到的{"PowerSwitch":1)，電機轉動，{"PowerSwitch":0}，電機停止；

• 收到電機轉動指令之后，此程序讓步進電機左轉N圈之后，再右轉N圈，如此反復，所以為了不影響程序對其他指令的響應，所以將控制步進電機轉動的步進代碼放到了定時器中執(zhí)行，主程序中，只控制ENA和ENB的使能開關

JSON字符串解析參考之前的網(wǎng)文：Keil環(huán)境下STM32工程加入cJSON

主函數(shù)代碼如下：

int main(void){ //解析payload數(shù)據(jù)包使用 cJSON *receive_json, *item_obj;  u16 i; u16 uart2Len=0;  u8 dtbuf[50]; //打印緩存器  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);  USART2_RX_STA=0; memset(USART2_RX_BUF, 0, sizeof(USART2_RX_BUF));  memset(dtbuf,'\0',50);  //初始化 //延時函數(shù)初始化 delay_init();  uart_init(115200); //串口1:Debug,初始化為115200 uart2_init(115200);  //定時器3,--步進電機使用 TIM3_Int_Init(99,7199); //1ms中斷 TIM3_Set(0);  StepMotor_Init();  printf("System Init OK \r\n");  //主循環(huán) while(1) { //ESP8266 if(USART2_RX_STA&0x8000) { uart2Len=USART2_RX_STA&0x3f;  receive_json = cJSON_Parse(USART2_RX_BUF); //創(chuàng)建JSON解析對象，返回JSON格式是否正確 if (!receive_json) { printf("JSON格式錯誤:%s\r\n", cJSON_GetErrorPtr()); //輸出json格式錯誤信息 } else { printf("JSON格式正確:\n%s\r\n",cJSON_Print(receive_json) ); item_obj = receive_json->child; //獲取name鍵對應的值的信息  while(item_obj) { char * string = item_obj->string;  if(!strcmp(string,"PowerSwitch")) { if(item_obj->valueint==1) { L298D_12ENA = 1; //只有轉的時候使能，否則持續(xù)供電，芯片和電機過熱。 L298D_34ENA = 1;  TIM3_Set(1);  nRotationCounting = 0;  stuAliOSIoT.PowerSwitch = 1;  printf("PowerSwitch:1\r\n"); } else if(item_obj->valueint==0) { //步進電機運動停止 L298D_12ENA = 0; L298D_34ENA = 0;  TIM3_Set(0);  stuAliOSIoT.PowerSwitch = 0;  printf("PowerSwitch:0\r\n"); } }  item_obj = item_obj->next; }  cJSON_Delete(receive_json);  }  USART2_RX_STA=0; memset(USART2_RX_BUF, 0, sizeof(USART2_RX_BUF)); //清空數(shù)組 }  delay_ms(10); } }

定時器中代碼如下：

//定時器3中斷服務程序void TIM3_IRQHandler(void){ if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)//是更新中斷 { TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update  ); //清除TIM3更新中斷標志  nRotationCounting++; if(nRotationCounting > nSingleCycleDataPoints) { if(nRotationDirection==0) { nRotationDirection=1; } else if(nRotationDirection==1) { nRotationDirection=0; }  nRotationCounting=0; }  if(stuAliOSIoT.PowerSwitch) { if(nRotationDirection==0) //正轉 { TwoPhaseMotor(nRotationCounting%4+1,0); //順時針 } else if(nRotationDirection==1) //反轉 { TwoPhaseMotor(nRotationCounting%4+1,1); } }  //TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);  //關閉TIM3 }}

實物圖

電源座用于提供外部VS供電；