20-CubeMx+Keil+Proteus仿真STM32 - 步進電動機

本文例子參考《STM32單片機開發實體——基于Proteus虛擬仿真與HAL/LL庫》
源代碼：https://github.com/LanLinnet/STM33F103R6

專案要求

理解H橋電路的作業原理，結合前面幾個專案學習過的定時器中斷、EXTI、串口通訊等，要求通過7個按鈕控制步進電動機的運行狀態，包括：連續正轉、連續反轉、停止、加速、減速、點動正轉和點動反轉，

硬體設計

1. 在第一節的基礎上，在Proteus中添加電路如下圖所示，其中我們添加了一個達林頓晶體管陣列ULN2803，一個步進電動機MOTOR-STEPPER，
   
   此外，我們還添加了一個虛擬儀表：虛擬終端VIRTUAL TERMINAL，將其波特率設定為19200bits/s，

2. 達林頓晶體管陣列ULN2803：ULN2803內部具有一個8路NPN達林頓晶體管陣列，適合作為TTL、CMOS、NMOS或PMOS等低邏輯電平數字電路與繼電器、步進電動機等直流高電壓、大電流設備之間的介面，其引腳排序如下圖所示，引腳1-8為8路輸入，引腳11-18為8路輸出，引腳9為GND，引腳10為公共端，
   
   8路達林頓晶體管某1路的內部電路結構示意圖如下圖所示，在實際使用的時候，一般將負載一端接在公共引腳COM，將負載另一端接在輸出引腳\(O_n\)(n=1,2,3...,8)，COM引腳同時連接負載高電壓，輸入的邏輯信號地和輸出的電源地同時連接GND引腳，當輸入邏輯信號為高電平時，ULN2803導通，\(O_n\)引腳接地，負載回路通路；反之，負載回路短路，
   
   此外，由于ULN2803輸入的邏輯高電平為+5V，所以STM32單片機需要選擇具備“FT”特性的GPIO引腳與其連接，

3. 步進電動機的驅動：
   1）簡介：步進電動機屬于特種電動機，其角位移與給定的脈沖個數成正比，轉速與脈沖的頻率成正比，
   2）引腳：本專案所使用的Proteus中的步進電動機MOTOR STEPPER是一種四相六線制的步進電動機，四相分別為A、B、C、D，可以選擇四相單四拍、四相雙四拍或四相單雙八拍3種驅動方式，

   • 四相單四拍：A → B → C → D ...
   • 四相雙四拍：AB → BC → CD → DA ...
   • 四相單雙八拍：A → AB → B → BC → C → CD → D → DA ...
     四相步進電動機的3種相序如下表所示，本專案采用四相雙四拍的驅動方式，
     

4. 打開CubeMX，建立工程，這一專案有很多設定都與前面涉及的專案相似，若不熟悉可以進行回顧，

   • 首先，設定具有“FT”功能的GPIO管腳PC6-PC9為GPIO_Output，設定GPIO mode為開漏輸出模式Output Open Drain，GPIO Pull-up/Pull-down為不需要內部上拉和下拉電阻No pull-up and no pull-down，因為已經在電路中通過外部電阻上拉到+5V，
     
   • 然后，設定串口，可參考鏈接串口通訊，配置如下圖所示，
     
   • 隨后，設定定時器3，可參考鏈接定時器中斷，配置如下圖所示，
     
   • 最后，設定外部中斷，并將NVIC中的中斷使能都勾選上，可參考鏈接EXTI，配置如下圖所示，
     

5. 點擊“Generator Code”生成Keil工程，

軟體撰寫

點擊“Open Project”在Keil中打開工程，打開“main.c”，添加代碼如下，

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"		//引入標準輸入輸出庫頭檔案
/* USER CODE END Includes */

/* USER CODE BEGIN PV */
char rd = 'C';		//C表示順時針，A表示逆時針
uint16_t arr = 49;		//定時器多載值
int StepNo = 1;		//步序編號，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);		//定義相序設定函式
/* USER CODE END PFP */

/* USER CODE BEGIN 1 */
char str[4];		//串口輸出值存放陣列
/* USER CODE END 1 */

/* USER CODE BEGIN 2 */
__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim3, arr);		//定時器3自動多載設定值
/* 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 */
//步序設定函式
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);
  }
}

//定時器3中斷回呼函式
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback (TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  if(htim==&htim3)
  {
    if(rd=='C')		//正轉
    {
      StepNo++;
      if(StepNo>4)StepNo=1;
      StepOut(StepNo);
    }
    else if(rd=='A')		//反轉
    {
      StepNo--;
      if(StepNo<0)StepNo=4;
      StepOut(StepNo);
    }
  }
}

//外部中斷回呼函式
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
  if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_0)		//按鍵0-連續正轉
  {
    rd='C';
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
    StepOut(StepNo);
    rf=1;
  }
  else if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_1)		//按鍵1-連續反轉
  {
    rd='A';
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
    StepOut(StepNo);
    rf=1;
  }
  else if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_2)		//按鍵2-停止
  {
    HAL_TIM_Base_Stop(&htim3);
  }
  else if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_3)		//按鍵3-加速
  {
    if(arr>49)arr-=50;
    __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim3,arr);
    rf=1;
  }
  else if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_4)		//按鍵4-減速
  {
    if(arr<999)arr+=50;
    __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim3,arr);
    rf=1;
  }
  else if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_5)		//按鍵5-點動正轉
  {
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_5)==GPIO_PIN_RESET)  //檢測下降沿
    {
      rd='C';
      HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
      StepOut(StepNo);
      rf=1;
    }
    else  //檢測上升沿
    {
      HAL_TIM_Base_Stop(&htim3);
    }
  }
  else if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_6)		//按鍵6-點動正轉
  {
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_6)==GPIO_PIN_RESET)  //檢測下降沿
    {
      rd='A';
      HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
      StepOut(StepNo);
      rf=1;
    }
    else  //檢測上升沿
    {
      HAL_TIM_Base_Stop(&htim3);
    }
  }
}
/* USER CODE END 4 */

聯合除錯

1. 點擊運行，生成HEX檔案，
2. 在Proteus中加載相應HEX檔案，點擊運行，按下不同的按鍵，可以看到電動機轉速的變化，并且在虛擬終端中可以看到定時器3的多載設定值，
   

寫在最后

至此為止，STM32F103R6的專案已經全部寫完，我們即將開始新的旅途，

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