STM32F407-用TB6600驱动器驱动57步进电机（代码+连线）

2023-05-16

一、硬件

1.硬件准备

57步进电机（型号57CM18），驱动器TB6600，开发板STM32F407ZGT6

2.电气特性

3.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）

4. 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。

5.细分

拨码开关有六位，分别为S1-S6，定义如下：

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。

二、代码

1.主要函数

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

2.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。

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);
}

3.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_ARRPreloadConfig(TIM8, ENABLE); //使能TIMx在ARR上的预装载寄存器
	
	TIM_ITConfig(TIM8, TIM_IT_Update ,ENABLE);  //TIM8   使能或者失能指定的TIM中断
 
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM8_UP_TIM13_IRQn;  //TIM8中断
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;  //先占优先级1级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;  //从优先级1级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
	
	TIM_ClearITPendingBit(TIM8, TIM_IT_Update);  //清除TIMx的中断待处理位:TIM 中断源
	TIM_Cmd(TIM8, ENABLE);  //使能TIM8											  
}

4.中断服务函数

void TIM8_UP_TIM13_IRQHandler(void)
{
	if(TIM_GetITStatus(TIM8,TIM_FLAG_Update)!=RESET)//更新中断
	{
		TIM_ClearITPendingBit(TIM8,TIM_FLAG_Update);//清除更新中断标志位		
		if(is_rcr_finish==0)//重复计数器未设置完成
		{
			if(rcr_integer!=0) //整数部分脉冲还未发送完成
			{
				TIM8->RCR=RCR_VAL;//设置重复计数值
				rcr_integer--;//减少RCR_VAL+1个脉冲				
			}else if(rcr_remainder!=0)//余数部分脉冲 不为0
			{
				TIM8->RCR=rcr_remainder-1;//设置余数部分
				rcr_remainder=0;//清零
				is_rcr_finish=1;//重复计数器设置完成				
			}else goto out;   //rcr_remainder=0，直接退出			 
			TIM_GenerateEvent(TIM8,TIM_EventSource_Update);//产生一个更新事件 重新初始化计数器
			TIM_CtrlPWMOutputs(TIM8,ENABLE);	//MOE 主输出使能	
			TIM_Cmd(TIM8, ENABLE);  //使能TIM8			
			if(motor_dir==CW) //如果方向为顺时针   
				current_pos+=(TIM8->RCR+1);//加上重复计数值
			else          //否则方向为逆时针
				current_pos-=(TIM8->RCR+1);//减去重复计数值			
		}else
		{
out:		is_rcr_finish=1;//重复计数器设置完成
			TIM_CtrlPWMOutputs(TIM8,DISABLE);	//MOE 主输出关闭
			TIM_Cmd(TIM8, DISABLE);  //关闭TIM8				
			printf("当前位置=%ld\r\n",current_pos);//打印输出
		}	
	}
}

5.相对定位函数

首先判断脉冲如果小于0就停止运行。频率的取值在20-100000Hz之间，如果不在这个范围内就终止。

通过传入的参数dir可以知道旋转方向，若为顺时针，就用当前位置加上一个脉冲对应的步距，如果是逆时针就减去。

最后获取重复计数器的整数和余数部分，开启TIM8

/********************************************
//相对定位函数 
//num 0～2147483647
//frequency: 20Hz~100KHz
//dir: CW(顺时针方向)  CCW(逆时针方向)
*********************************************/
void Locate_Rle(long num,u32 frequency,DIR_Type dir) //相对定位函数
{
	if(num<=0) //数值小等于0 则直接返回
	{
		printf("\r\nThe num should be greater than zero!!\r\n");
		return;
	}
	if(TIM8->CR1&0x01)//上一次脉冲还未发送完成  直接返回
	{
		printf("\r\nThe last time pulses is not send finished,wait please!\r\n");
		return;
	}
	if((frequency<20)||(frequency>100000))//脉冲频率不在范围内 直接返回
	{
		printf("\r\nThe frequency is out of range! please reset it!!(range:20Hz~100KHz)\r\n");
		return;
	}
	motor_dir=dir;//得到方向	
	DRIVER_DIR=motor_dir;//设置方向
	
	if(motor_dir==CW)//顺时针
		target_pos=current_pos+num;//目标位置
	else if(motor_dir==CCW)//逆时针
		target_pos=current_pos-num;//目标位置
	
	rcr_integer=num/(RCR_VAL+1);//重复计数整数部分
	rcr_remainder=num%(RCR_VAL+1);//重复计数余数部分
	is_rcr_finish=0;//重复计数器设置完成
	TIM8_Startup(frequency);//开启TIM8
}

6.绝对定位函数

绝对定位函数很简单，也就是说给定一个位置，固定的让电机转到这个位置即可。

当给定目标位置与当前位置不同时，先判断旋转方向然后复制给DIR，因为不确定给的位置是正值还是负值，所以最后求重复计数器的时候加了一个abs绝对值。

/********************************************
//绝对定位函数 
//num   -2147483648～2147483647
//frequency: 20Hz~100KHz
*********************************************/
void Locate_Abs(long num,u32 frequency)//绝对定位函数
{
	if(TIM8->CR1&0x01)//上一次脉冲还未发送完成 直接返回
	{
		printf("\r\nThe last time pulses is not send finished,wait please!\r\n");
		return;
	}
	if((frequency<20)||(frequency>100000))//脉冲频率不在范围内 直接返回
	{
		printf("\r\nThe frequency is out of range! please reset it!!(range:20Hz~100KHz)\r\n");
		return;
	}
	target_pos=num;//设置目标位置
	if(target_pos!=current_pos)//目标和当前位置不同
	{
		if(target_pos>current_pos)
			motor_dir=CW;//顺时针
		else
			motor_dir=CCW;//逆时针
		DRIVER_DIR=motor_dir;//设置方向
		
		rcr_integer=abs(target_pos-current_pos)/(RCR_VAL+1);//重复计数整数部分
		rcr_remainder=abs(target_pos-current_pos)%(RCR_VAL+1);//重复计数余数部分
		is_rcr_finish=0;//重复计数器未设置完成
		TIM8_Startup(frequency);//开启TIM8
	}
}

7.main函数

主函数也很简单，先进行相关初始化，通过按键操控电机，按下wkup就通过绝对定位函数回到零点，按下key0就以500hz的频率顺时针发送200脉冲，假如不设置细分，该操作就是顺时针旋转一圈，key1也是一样，逆时针发送500脉冲。这里设置了一个计数器i，工作了50次后led会有一个提示。

int main(void)
{ 
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
	delay_init(168);      //初始化延时函数
	uart_init(115200);		//初始化串口波特率为115200
	usmart_dev.init(84); 	//初始化USMART			
	Driver_Init();			//驱动器初始化
	TIM8_OPM_RCR_Init(999,168-1); //1MHz计数频率  单脉冲+重复计数模式  
	while(1) 
	{		 	  
	Locate_Rle(800,400,CW);
	delay_ms(10);
	Locate_Rle(800,400,CCW);
	delay_ms(10);	
	}
}

8.测试

最终运行程序，电机就会转动起来，同时驱动器下面的led灯会闪烁蓝色的灯光，通过脉冲加频率可以调整速度，也可以通过细分设定去调节。我这里用到了两个步进电机和四个限位传感器，整个运行过程如下：

根据调用相对定位函数Locate_RleUD控制一号步进电机的旋转，顺时针旋转时通过齿轮带动履带，进行上升动作，当到达一号限位传感器（保上沿）的检测范围内后停止转动，然后开始进行工作。同理，使用Locate_RleUD控制一号步进电机逆时针旋转，当到达二号限位传感器（下沿）时，进行下降。

调用Locate_RleLR控制二号步进电机的旋转，同上面一号电机一样，通过改变参数来控制电机的旋转速度和方向，来进行左右转动，左右分别有三号和四号限位传感器，用于防止左右旋转角度过大，当到达传感器感知范围内时，限位传感器对应的IO口会输出高电平，函数中实时监测该IO口，当电平发生跳变时就停止电机的旋转。

补充一个，如何控制三个电机去走自定义的空间曲线，或者两个电机控制上下左右。

完整项目（步进电机驱动+限位传感器）

下载地址：https://download.csdn.net/download/qq_41573860/12657848

有问题或者哪里写的不对欢迎留言私信指出，一起探讨，可能回复不及时，但看见了就会回的。

github：vanbou/STM32F407_Motor: 本项目为控制42,57两个步进电机，带动齿轮，进行上下左右转动，四个限位金属传感器限制位置。 (github.com)

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