RISC-V MCU開發實戰(四) ：步進電機

軟件平台: MounRiver Studio(MRS)，硬件平台: CH32V103開發板、ULN2003步進電機驅動板、28BYJ-48步進電機，使用GPIO進行步進電機控制。

1. ULN2003和28BYJ-48簡介

ULN2003是高耐壓、大電流復合晶體管陣列，由七個硅NPN 復合晶體管組成，每一對達林頓都串聯一個2.7K 的基極電阻，在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標准邏輯緩沖器來處理的數據。

ULN2003是大電流驅動陣列,多用於單片機、智能儀表、PLC、數字量輸出卡等控制電路中。可直接驅動繼電器等負載。

輸入5VTTL電平，輸出可達500mA/50V。

ULN2003是高耐壓、大電流達林頓系列,由七個硅NPN達林頓管組成。 該電路的特點如下: ULN2003的每一對達林頓都串聯一個2.7K的基極電阻,在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路 直接相連,可以直接處理原先需要標准邏輯緩沖器來處理的數據。

關於步進電機，此處所用電機型號為28BYJ-48（步進電機），減速比為1:64，步進腳為5.625/64度，如果需要轉動轉動一圈，那么需要 360/5.625*64=4096 個脈沖信號。

步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行設備。步進電機驅動信號為脈沖信號，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（即步進角）。

我們可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到准確定位的目的；同時我們可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的

 

2.硬件連接

CH32V103開發板與ULN2003步進電機驅動板的連接方式如下：

PB6連接驅動板的IN1引腳

PB7連接驅動板的IN2引腳

PB8連接驅動板的IN3引腳

PB9連接驅動板的IN4引腳

 

3.MRS中開發流程

1）首先新建一個CH32V103C8T6 的工程，這個要與對應芯片對應

 

 

上圖最下方紅框中是對選中芯片的資源的簡單介紹，方便查詢

 

2) 新建完工程之后，我們打開main.c文件，可以看到主函數只是一些初始化和串口打印，我們自己的主函數邏輯可以添加在打印下面就可以了；

3) 新建一個hardware的文件夾，右鍵工程new->folder,填寫文件名，點擊finish即可，我們可以以同樣的方式在hardware目錄下再新建SD目錄，SPI目錄，條理清晰。

4) 在SPI目錄下，New>Source File，填寫文件名gpio.c，內容是電機初始化函數以及調速轉向停止函數，在新建個gpio.h文件用來聲明函數，這個新的頭文件需要添加到頭文件尋址路徑中，點擊菜單欄工程屬性配置按鈕，在彈出的頁面中，如下圖，點擊綠色加號添加路徑即可

 

 

 

驅動代碼如下:

#include "gpio.h"

#include "debug.h"

 

//#define N 4

#define N 8

 

//步進電機正反轉數組  數組的值，即對應GPIO引腳的值

//單四拍

//uint16_t phasecw[4] ={0x0200,0x0100,0x0080,0x0040};// D-C-B-A.（9-8-7-6）

//uint16_t phaseccw[4]={0x0040,0x0080,0x0100,0x0200};// A-B-C-D.（6-7-8-9）

 

////雙四拍

//uint16_t phasecw[4] ={0x0300,0x0180,0x00C0,0x0240};// DC-CB-BA-AD.

//uint16_t phaseccw[4]={0x00C0,0x0180,0x0300,0x0240};// AB-BC-CD-DA.

 

//四相八拍

uint16_t phasecw[8] ={0x0200,0x0300,0x0100,0x0180,0x0080,0x00C0,0x0040,0x0240};// D-DC-C-CB-B-BA-A-AB.

uint16_t phaseccw[8]={0x0040,0x00C0,0X0080,0x0180,0x0100,0x0300,0x0200,0x0240};// A-AB-B-BC-C-CD-D-DA.

 

//電機初始化函數

void Moto_Init(void)

{

    //步進電機初始化

    // IN1: PB6   a

    // IN2: PB7   b

    // IN3: PB8   c

    // IN4: PB9   d

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);

 

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9 ;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

 

    GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 |GPIO_Pin_8 |GPIO_Pin_9 );

}

 

//電機正轉函數

//其中，speed的值越大，速度越慢，值越小，速度越快，speed相當於調節脈沖速度

//轉動速度和脈沖頻率成正比，在此處，延時越小，頻率越高

void Motorcw(u8 speed)

{

    uint8_t i=0;

 

    for(i=0;i<N;i++)

    {

        GPIO_Write(GPIOB,phasecw[i]);

        Delay_Ms(speed);

    }

}

 

//電機反轉函數

void Motorccw(u8 speed)

{

    uint8_t i;

    for(i=0;i<N;i++)

    {

        GPIO_Write(GPIOB,phaseccw[i]);

        Delay_Ms(speed);

    }

}

 

//電機停止函數

void MotorStop(void)

{

    //GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 |GPIO_Pin_8 |GPIO_Pin_9 );

    GPIO_Write(GPIOB,0x0000);

}

 

//電機正轉角度

void Motorcw_angle(int angle,int speed)

{

    int i,j;

    j=(int)(angle/0.70312);

    for(i=0;i<j;i++)

    {

        Motorcw(speed);

    }

}

 

//電機反轉角度

void Motorccw_angle(int angle,int speed)

{

    int i,j;

    j=(int)(angle/0.70312);

    for(i=0;i<j;i++)

    {

        Motorccw(speed);

    }

}

 

 

主函數可以調用我們驅動中的正反轉函數來說實現想要的功能

 

int main(void)

{

 

    USART_Printf_Init(115200);

    Moto_Init();

    Delay_Init();

 

    printf("This is Stepper motor driver\r\n");

 

    Motorcw_angle(360,5);   //步進電機正轉角度函數

    MotorStop();

    Delay_Ms(1000);

 

    Motorccw_angle(360,5);  //步進電機反轉角度函數

    MotorStop();

    Delay_Ms(1000);

 

}

 

代碼編輯完成，點擊菜單欄編譯按鈕，在console窗口查看編譯結果，無錯誤，就可以進入到調試去驗證邏輯，點擊菜單欄調試按鈕，如果運行現象和理論不一致，可以通過左下角反匯編窗口，斷點，外設寄存器，內核寄存器這幾個窗口來配合查找邏輯BUG

 

 

 

 

 

 

小提示，當程序運行到 HardFault_Handler 函數，可以觀察Rregister窗口的mepc，mtval,mcause三個寄存器，分別代表，進入硬件錯誤中斷前的pc,cpu取到的值，以及進入異常的原因。

 

4.驗證

將編譯好的程序下載到開發版並復位，通過邏輯分析儀對這幾個GPIO引腳進行波形采集，具體如下圖。將開發板、步進電機驅動板、步進電機連接起來，可看到電機進行正反轉。