總體介紹

對步進電機的控制通常使用PWM控制，改變頻率來控制速度，然后統計脈沖個數知道電機當前位置，可以很容易實現加減速規劃，或者不考慮加減速平穩性，直接以小于最大啟動速度的速度啟動，發完給定個脈沖后直接關閉定時器。以上控制方式都沒實現對步進電機的位置的自由控制，即讓步進電機跟隨任意位置曲線運動，此項目是為了實現步進電機的自由控制，能準確定位。可以使用編碼器或者電位器作為控制器，用手擰編碼器，步進電機可跟隨一起運動，也可以按照函數曲線運動。

步進電機驅動

步進電機驅動器有很多種，如A4988、TMC2208等，常用的驅動方式是脈沖加方向，有的高端點的使用can、串口等方式控制。本篇介紹如何使用脈沖加方向方式對步進電機進行位置的自由控制！

控制原理

使用通信協議方式控制步進電機，可周期性同步位置到驅動器，實現位置的自由控制，脈沖加方向方式也可抽象為使用通信協議在與驅動器通信，只不過是使用增量方式在通信，通過對脈沖的累計得到目標位置。

程序使用兩個定時器，一個中斷頻率為1k，用于周期采樣目標位置，并計算當前速度，當前速度值用于修改另一個定時器中斷頻率，所以在第二個定時器中判斷目標位置與當前位置的偏差，然后翻轉電平，實現對脈沖發送，同時判斷方向，對應控制方向控制IO電平。

在其他函數中可給定任意形式的位置變化，根據采樣定理，應該位置變化頻率不大于500Hz的都能被1k的定時器中斷正常采樣，由于發送脈沖需要以一定的頻率發送，所以第二個定時器頻率根據目標位置變化率而改變，可以讓速度平滑，也可以減小CPU帶寬占用。以此方式可實現對步進電機的自由控制，可使用編碼器或函數隨意控制電機！

代碼分析

此程序可實現對多個步進電機的控制，以下是步進電機類

/*步進電機控制類*/

typedef struct?

{

? ? volatile unsigned long? *gpio_dir; //電機方向控制GPIO

? ? volatile unsigned long? *gpio_pluse; //電機脈沖GPIO

? ? int pluse_count;

? ? int goal_position;

? ? int last_position;

? ? int cur_position;

? ? int pos_bias;

? ? int speed;

? ? uint8_t status;

}stepMotor;

步進電機控制核心函數，由一個簡易狀態機組成，此函數放上面提到的第二個中斷函數執行，先得到當前偏差，狀態轉換，再發脈沖

void StepMotorCtrl(stepMotor *motor)

{

switch(motor->status)

{

case 0:

if(motor->goal_position != motor->cur_position)? //掃描

{

motor->pos_bias = motor->goal_position - motor->cur_position; //得到偏差

motor->status = 1;

}

break;

case 1:

if(motor->pos_bias > 0)

{

motor->pluse_count ++;

*(motor->gpio_dir) = 1;? //正方向

*(motor->gpio_pluse) = !*(motor->gpio_pluse);

if(motor->pluse_count == (motor->pos_bias * 2))

{

motor->cur_position += motor->pos_bias;

motor->pluse_count = 0;

motor->status = 0;

}

}

else

{

motor->pluse_count ++;

*(motor->gpio_dir) = 0;? //負方向

*(motor->gpio_pluse) = !*(motor->gpio_pluse);

if(motor->pluse_count == ((-motor->pos_bias) * 2))

{

motor->cur_position += motor->pos_bias;

motor->pluse_count = 0;

motor->status = 0;

}

}

break;

default:

break;

}

}