stm32f407驱动步进电机(用限位传感器限制位置)

2020-08-04来源: 51hei关键字:stm32f407  驱动步进电机  限位传感器

一、硬件
1.硬件准备:57步进电机(型号57CM18),驱动器TB6600,开发板STM32F407ZGT6,SN-4NDO限位金属传感器,检测面在9mm左右。



2.连线

驱动器右边分有两个区域

Signal:用于驱动器与开发板连接,进行电机的控制驱动。

ENA接口:当此信号有效时,驱动器将自动切断电机绕组电流,使电机处于自由状态(无保持转矩)。当此信号不连接时默认为无效状态,这时电机绕组通以电流,可正常工作。
DIR接口:控制电机旋转方向,信号有效时电机顺时针旋转,无效时逆时针旋转。
PUL接口:步进电机驱动器把控制器发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移,驱动器每接受一个脉冲信号 PUL,就驱动步进电机旋转一个步距角,PUL 的频率和步进电机的转速成正比。对于最佳输入要求,此信号占空比最好 1:1,脉冲信号的频率不大于100KHz。
连接方式有两种方法:

(1)共阳极连接



将驱动器的ENA+,DIR+,PUL+接地, 阴极接电,也就是开发板的相对应的控制管脚。

(2)共阴极连接



如STM32F407接线如下:

ENA+(驱动器)  PE6(开发板)
DIR+(驱动器)  PE5(开发板)
PUL+(驱动器)  PC7(开发板)
ENA- DIR- PUL-(驱动器) GND(开发板)

3. High Voltage区域

该区域用于驱动器与步进电机连接。
和下图类似:




电机接法:





这里我采用的是驱动器接法是共阴极接法



对于电源,开发板使用3.3v,电机使用12v,1A,可根据实际情况调整。


4.细分

根据需求,该驱动器最多支持32细分,根据指示的S1,S2,S3开关状态调整驱动器侧面的dip拨码进行细分选择,同样可以通过S4,S5,S6三个开关控制电流大小,最大支持3.5A,峰值电流为4.0A。

我这里采用了4细分。具体如下图:



5.故障问题



PWR:绿灯,电源指示灯。
ALARM:红灯,故障(过流、过热和欠压)时亮。红灯亮起时,表明驱动器出故障了,
请立即切断驱动器电源,排除故障后再继续操作。

6.限位金属传感器

虽然说是传感器,但其实就是一个开关量,就跟光电开关一样。有两种接法:

  • PNP接法

蓝线接地,棕线接电源,黑色线作为输出接入开发板作为输入,在PNP接法中,常态黑色线为低电平,当传感器检测到物体时,会输出24V正电压。


NPN接法差别就是检测到物体时,黑线输出的是负电压。

我这里将传感器的黑线输出连接至KEY0作为对开发板的输入,当检测到物体时,PB0引脚会变为低电平。


二、代码

驱动器代码参照正点原子的例程,然后针对具体的情况做了相应的更改
主要用到了四个函数

void Driver_Init(void);//驱动器初始化

void TIM8_OPM_RCR_Init(u16 arr, u16 psc);//TIM8_CH2 初始化 单脉冲+重复计数模式

void Locate_Rle(long num, u32 frequency, DIR_Type dir) //相对定位函数

void Locate_Abs(long num, u32 frequency);/绝对定位函数

1.驱动初始化

由于ENA和DIR使用的引脚为PE6,PE5,因此在初始化中对它们进行相关的初始化即可(可以根据自己的开发板来更改引脚)。

整体流程:
定义GPIO结构体
使能GPIOE时钟
对结构体进行相关初始化,推挽输出,上拉等
设置PE5,输出为高电平沿顺时针方向
设置PE6,输出为低电平,使能输出


void Driver_Init(void)


{


        GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;




        RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);




        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6;


        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;


        GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;


        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;


        GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;


        GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);


        


        GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);


        GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_6);


}


2.定时器

定时器的时基单元主要有三个寄存器组成:16位计数器,自动重转载寄存器(包括一个影子寄存器),预分频器(控制计数器时钟),其中预分频计数器的时钟频率1——65535。

16位向上、向下、向上/向下自动装载计数器
● 16位可编程(可以实时修改)预分频器,计数器时钟频率的分频系数为1~65536之间的任意
数值
● 4个独立通道:
─ 输入捕获
─ 输出比较
─ PWM生成(边缘或中间对齐模式)
─ 单脉冲模式输出
● 使用外部信号控制定时器和定时器互连的同步电路
● 如下事件发生时产生中断/DMA: ─ 更新:计数器向上溢出/向下溢出,计数器初始化(通过软件或者内部/外部触发)
─ 触发事件(计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数)
─ 输入捕获
─ 输出比较
● 支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路
● 触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理

因为用到TIME8与GPIOC(进行端口复用),所以使能对应的时钟。将GPIOC的Pin7复用为TIME8,对TIME8的结构体进行变量初始化,查开发手册可以知道,PC7复用功能为TIME8的CH2。

整体流程

配置TIME8,GPIOC时钟。
初始化TIM8,设置ARR(自动装填值即周期),PSC(时钟预分频系数)
设置TIM8_CH2的PWM模式,使能TIM2_CH2输出
使能TIM2


/***********************************************


//TIM8_CH2(PC7) 单脉冲输出+重复计数功能初始化


//TIM8 时钟频率 84*2=168MHz


//arr:自动重装值


//psc:时钟预分频数


************************************************/


void TIM8_OPM_RCR_Init(u16 arr,u16 psc)


{                                                         


        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;


        TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;


        TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;


        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;




        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM8,ENABLE);          //TIM8时钟使能   


        RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE);         //使能PORTC时钟                                                                                    




        GPIO_PinAFConfig(GPIOC,GPIO_PinSource7,GPIO_AF_TIM8); //GPIOC7复用为定时器8


        


        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;           //GPIOC7


        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;        //复用功能


        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;        //速度100MHz


        GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;      //推挽复用输出


        GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN;      //下拉


        GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);               //初始化PF9


        


        TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);


        


        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值         


        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值   


        TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim


        TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式


        TIM_TimeBaseInit(TIM8, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位


        TIM_ClearITPendingBit(TIM8,TIM_IT_Update);




        TIM_UpdateRequestConfig(TIM8,TIM_UpdateSource_Regular); /********* 设置只有计数溢出作为更新中断 ********/


        TIM_SelectOnePulseMode(TIM8,TIM_OPMode_Single);/******* 单脉冲模式 **********/




        TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2


        TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出2使能


        TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Disable; /****** 比较输出2N失能 *******/


        TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = arr>>1; //设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值,右移一位


        TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高


        TIM_OC2Init(TIM8, &TIM_OCInitStructure);  //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx




        TIM_OC2PreloadConfig(TIM8, TIM_OCPreload_Enable);  //CH2预装载使能         


TIM_ARR

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