使用 ULN2003 驅(qū)動(dòng) 28BYJ-48 步進(jìn)電機(jī)。
要用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)測試東西，不過需求來的比較突然手邊也沒有像是A4988或TMC2209這種硬件驅(qū)動(dòng)，于是就用別人的ULN2003驅(qū)動(dòng)和28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)來做如何驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。
基本概念
步進(jìn)電機(jī)：將輸入的脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。
可以通過控制脈沖頻率，來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度。
從這個(gè)電機(jī)的名字入手28BYJ-48： 28表示電機(jī)直徑28mm，B代表步進(jìn)電機(jī)，Y代表永磁式步進(jìn)電機(jī)PM，J代表減速型電機(jī)帶減速箱，48表示四相八拍。
轉(zhuǎn)子：最中間標(biāo)注為0～5的六個(gè)齒。顧名思義，它是要轉(zhuǎn)動(dòng)的。轉(zhuǎn)子的每個(gè)齒上都帶有永久的磁性，是一塊永磁體，這就是永磁式。
定子：外圈的8個(gè)齒。它是保持不動(dòng)的，跟電機(jī)的外殼固定在一起。每個(gè)齒上都纏上了一個(gè)線圈繞組，正對著的2個(gè)齒上的繞組又是串聯(lián)在一起的，也就是說正對著的2個(gè)繞組總是會(huì)同時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷的，如此就形成了4相，即圖中標(biāo)注的ABCD，相對的2個(gè)齒是1相。四項(xiàng)五線多吃來那條線是電源線。
拍數(shù)：完成一個(gè)磁場周期性變化所需脈沖數(shù)。一拍就是一個(gè)脈沖信號。
以四相電機(jī)為例，四相四拍為 AB-BC-CD-DA(-AB…), 四相八拍為 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA(-A…)
步距角(步進(jìn)角)：每接收到一個(gè)脈沖信號步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。
步距角 = 360° / (定子齒數(shù) * 運(yùn)行拍數(shù))
以八拍運(yùn)行為例，電機(jī)主軸的步距角度為： 360/(8*8)=5.625。再除以減速比64，得到輸出軸的步距角5.625/64=0.087890625。八拍運(yùn)行俗稱半步，對應(yīng)四拍運(yùn)行則為整步。
查到步距角參數(shù)，也可以反推需要360/5.625=64個(gè)脈沖信號轉(zhuǎn)子才會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)1圈，（因?yàn)閹p速箱結(jié)構(gòu)所以需要再乘上減速比）64*64=4096個(gè)脈沖信號電機(jī)主軸才會(huì)轉(zhuǎn)1圈。
齒輪減速比：這款為1:64。即內(nèi)部轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)64圈，外部輸出主軸才轉(zhuǎn)動(dòng)1圈。于是就是需要64×64=4096個(gè)拍數(shù)才會(huì)讓輸出軸轉(zhuǎn)過1圈。
空載啟動(dòng)頻率：這款步進(jìn)電機(jī)是550P.P.S。即每秒最多給出550個(gè)步進(jìn)脈沖數(shù)才可以正常啟動(dòng)，需要單個(gè)節(jié)拍持續(xù)時(shí)間(或節(jié)拍的刷新時(shí)間)至少為1/550=1.8ms
當(dāng)脈沖頻率高于啟動(dòng)頻率，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。
如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）
保持轉(zhuǎn)矩：步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。
細(xì)分（角度細(xì)分）：一般由硬件驅(qū)動(dòng)器完成。如果主軸轉(zhuǎn)1圈需要200個(gè)脈沖，那么2細(xì)分就是轉(zhuǎn)1圈需要400個(gè)脈沖。細(xì)分是通過影響電機(jī)的步距角來影響轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。
了解完了基本信息和原理之后
可以得出轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度的公式
轉(zhuǎn)動(dòng)角度所需輸出步數(shù) = (角度 * 減速比) * (定子齒數(shù) * 運(yùn)行拍數(shù)) / 360°
轉(zhuǎn)速的公式
轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/秒) = 脈沖頻率(HZ) / (360 / 步距角 * 細(xì)分倍數(shù))
例如設(shè)置PWM波的頻率為1kHz（1秒1000個(gè)脈沖），42步進(jìn)電機(jī)的步距角是1.8°，在沒有細(xì)分的情況下，轉(zhuǎn)速為1000/(360/1.8*1)=5rad/s，即5*60=300rpm
八拍模式是這類4相步進(jìn)電機(jī)的最佳工作模式。八拍相較于四拍除了能使轉(zhuǎn)動(dòng)精度增加一倍，也能增加電機(jī)的整體扭力輸出。
除了單四拍和八拍的工作模式外，還有雙四拍(雙繞組通電四節(jié)拍)。雙四拍步進(jìn)角度同單四拍是一樣的，但由于它是兩個(gè)繞組同時(shí)導(dǎo)通，所以扭矩會(huì)比單四拍模式大。
28BYJ-48的減速比精度問題
然而實(shí)際數(shù)一下每個(gè)齒輪的齒數(shù)，然后將各級減速比相乘，算出的真實(shí)的減速比應(yīng)該為 (32/9)(22/11)(26/9)(31/10)≈63.683950617
并非1:64整。
按真實(shí)減速比計(jì)算，需要64x63.68...≈4075.7拍主軸才會(huì)完整轉(zhuǎn)過一圈。要是按1:64錯(cuò)誤地計(jì)算那么每轉(zhuǎn)過100.5圈就會(huì)使主軸差出來半圈。
后來查了下在實(shí)際應(yīng)用中， 28BYJ-48最初的設(shè)計(jì)目的是用來控制空調(diào)的扇葉的，轉(zhuǎn)動(dòng)的角度也小于180度，也就不需要很高的精度。
代碼
/********************************** DEFINE **********************************/
#define MOTOR_PORT
GPIOA
#define MOTOR_IN1
GPIO_PIN_4
#define MOTOR_IN2
GPIO_PIN_5
#define MOTOR_IN3
GPIO_PIN_6
#define MOTOR_IN4
GPIO_PIN_7
#define IN1_HIGH
HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_PORT, MOTOR_IN1, GPIO_PIN_SET);
#define IN1_LOW
HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_PORT, MOTOR_IN1, GPIO_PIN_RESET);
#define IN2_HIGH
HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_PORT, MOTOR_IN2, GPIO_PIN_SET);
#define IN2_LOW
HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_PORT, MOTOR_IN2, GPIO_PIN_RESET);
#define IN3_HIGH
HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_PORT, MOTOR_IN3, GPIO_PIN_SET);
#define IN3_LOW
HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_PORT, MOTOR_IN3, GPIO_PIN_RESET);
#define IN4_HIGH
HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_PORT, MOTOR_IN4, GPIO_PIN_SET);
#define IN4_LOW
HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_PORT, MOTOR_IN4, GPIO_PIN_RESET);
/******************************** FUNCTION ********************************/
/*
* @function: 八拍驅(qū)動(dòng)
* @notion: 28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)delay最小為2ms
*/
static void Phase8_Single(uint8_t
step, uint8_t delay)
{
switch (step) {
case 0:
IN1_LOW;IN2_HIGH; IN3_HIGH; IN4_HIGH;
break;
case 1:
IN1_LOW; IN2_LOW; IN3_HIGH; IN4_HIGH;
break;
case 2:
IN1_HIGH; IN2_LOW; IN3_HIGH; IN4_HIGH;
break;
case 3:
IN1_HIGH; IN2_LOW; IN3_LOW; IN4_HIGH;
break;
case 4:
IN1_HIGH; IN2_HIGH; IN3_LOW; IN4_HIGH;
break;
case 5:
IN1_HIGH; IN2_HIGH; IN3_LOW; IN4_LOW;
break;
case 6:
IN1_HIGH; IN2_HIGH; IN3_HIGH; IN4_LOW;
break;
case 7:
IN1_LOW; IN2_HIGH; IN3_HIGH; IN4_LOW;
break;
default :
break;
}
HAL_Delay(delay);
}
/*
* @function: 轉(zhuǎn)動(dòng)指定角度
* @param:
dir: 0為正轉(zhuǎn) 1為反轉(zhuǎn)
* @notion: 28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)delay最小為2ms
*/
void SteppingMotor_TurnAngle(float
angle, uint8_t delay)
{
// 轉(zhuǎn)動(dòng)角度所需輸出步數(shù) = (角度 * 減速比) * (定子齒數(shù) * 運(yùn)行拍數(shù)) / 360°
//
float tmp = angle * 4096.0f / 360.0f;
// 減速比1:64
float tmp = fabsf(angle) * 283712.0f / 4455.0f * 8.0f / 45.0f;
// 減速比1:63.684
uint16_t steps = (uint16_t)tmp;
if (angle > 0) {
for (uint16_t i = steps; i > 0; i -- ) {
Phase8_Single(i % 8, delay);
}
} else {
for (uint16_t i = steps; i > 0; i -- ) {
Phase8_Single(abs(i % 8 - 7), delay);
}
}
}
_Single(i % 8, delay);
}
} else {
for (uint16_t i = steps; i > 0; i – ) {
Phase8_Single(abs(i % 8 - 7), delay);
}
}
}
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