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基于TI DRV8424驱动步进电机实现调速和行程控制

时间：2022-12-29 20:30:00 电机电容器500v

前言

最近在实验室接管了一个项目，需要使用TI 的DRV8424驱动芯片驱动两相四线步进电机，实现可控速度和电机行程，因此经过几天的思考，成功调试，MCU是STM32F429。

一、步进电机

1.基础知识

步进电机是一种将电脉冲信号转换为位移或线位移的电机。也就是说，当电机收到脉冲电机时，它会旋转一个角度。这个角度称为步距角，电机的速度仅取决于脉冲信号的频率
根据磁激励，步进电机可分为： 永磁、反应、混合。
按照相数分:二相(二相四线)，三/四/五相(四相五线)

步进电机驱动器

1.驱动器的用途

由于单片机输出PWM信号不能直接驱动步进电机，因此需要驱动器放大单片机的输出信号，以实现驱动步进电机。步进电机主要由细分驱动，步距角由电流分配细分。
步进电机静态指标有： 1.相数，2.步距角，3.拍数，4.定位扭矩，通常两相的步距角为1.8°。三相为1.2°。
动态指标：1.步距角精度，2.最大空载启动频率，2.最大空载运行频率。

2.TI DRV8424 步进电机驱动芯片

由于步进电机的功率和体积都很小，所以采用了TI的DRV8424芯片，集成电流感应，1/256微步进，STEP/DIR通过接口和智能调优技术PWM为实现调速，工作电压为4.5V至33V，最高可驱动2.5A满量程输出电流。
原理图
引脚说明

AOUT1 绕组 A 输出。连接步进电机绕组。
AOUT2 绕组 A 输出。连接步进电机绕组。
PGND 电源接地。连接到系统接地。
BOUT2 绕组 B 输出。连接步进电机绕组
BOUT1 绕组 B 输出。连接步进电机绕组
CPH 电荷泵开关节点 CPH 到 CPL 额定电压之间的连接 VM 的X7R 0.022uF陶瓷电容
CPL 同上
DIR 方向输入。逻辑电平设置步进方向； 内部下拉电阻。
ENABLE 禁用器件输出逻辑低电平； 将启用逻辑高电平； 内部上拉至DVDD。还将决定 OCP 和 OTSD 响应的类型
DVDD 逻辑电源电压。 0.47μ F 至 1μ F、额定电压为 6.3V 或10V 的 X7R 连接陶瓷电容器 GND。
GND 接地设备。连接到系统接地。
VREF 电流设置基准输入。最大值为 3.3V（ 对于 DRV8424） 和 2.64V（ 对于 DRV8425） 。 DVDD 可通过电阻分压器提供 VREF。
M0 引脚设置为微步进模式。设置步进模式； 内部下拉电阻器。
M1 引脚设置为微步进模式。设置步进模式； 内部下拉电阻器。
DECAY0 引脚设置为衰减模式。设置衰减模式
DECAY1 引脚设置为衰减模式。设置衰减模式
STEP 步进输入。上升沿使分度器前进一步； 内部下拉电阻。
VCP 输出电荷泵。通过一个 X7R 0.22μ F 16V 连接陶瓷电容器 VM。
VM 电源。连接电机电源电压， 并通过两个 0.01μF 陶瓷电容器（ 每个引脚一个) 额定电压为 VM 大容量电容器旁路 PGND。
TOFF 设置电流斩波期间的衰减模式关闭时间； 四电平引脚。还将设置智能调优纹波控制模式中的纹波电流。
nFAULT 故障指示。在故障状态下降低逻辑低电平； 泄漏输出需要外部上拉电阻。
nSLEEP 输入休眠模式。用于启用器件的逻辑高电平； 进入低功耗休眠模式的逻辑低电平； 内部下拉电阻。 nSLEEP 低电平脉冲将清除故障。
PAD 散热焊盘。连接到系统接地。

DIR–方向控制
STEP–MUC的PWM
ENABLE–3.3V(使能电机)，–0V（关闭）
nSLEEP–3.3V(取消休眠)，–3V（休眠）
关于M0和M1用于设置细分参数


关于DECAY0和DECAY1建议将衰减模式设置为(0.0）或（0，1）

三.代码

脉冲数决定了电机的行程，脉冲频率决定了电机的速度，通过搜索数据，可以通过两个定时器设置主定时器模式，或使用定时器，直接定时器中断输出电平模拟脉冲输出，但电机没有闭环容易丢失，我使用主定时器模式。

主定时器输出方波信号，从定时器计数主定时器输出的脉冲，溢出时触发定时器的中断服务函数。为了控制步进电机的旋转，需要根据下表设置主定时器模式


该表来自于STM32F4XX中文参考手册

程序：
stepmotor.h

#ifndef __stepmotor_H #define __stepmotor_H  #include "main.h"  void STEP_MOTOR_PWM_Configuration(u16 arr,u16 pre);///主定时器  void TIM3_Config(u32 PulseNum_B )//从定时器

void PWM_Output_B(u32 PulseNum_B,u8 DIR);			

void TIM3_IRQHandler(void);//从定时器中断
#endif

# include "stepmotor.h"

// 主定时器TIM2，从定时器TIM3 ，ITR1.

void STEP_MOTOR_PWM_Configuration(u16 arr,u16 pre) //主定时器设置
{ 
        
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	TIM_TimeBaseInitTypeDef	TIM_TimeBaseStructure;
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
// TIM_BDTRInitTypeDef TIM_BDTRInitStructure;
	
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA | RCC_AHB1Periph_GPIOB | RCC_AHB1Periph_GPIOC | RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_TIM2); //
	
	
	// PWM PA3
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_3;		 //
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //复用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //初始化 PB14
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period= arr-1;				
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= pre-1;			
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;		
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; 
	TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseStructure);	 //TIM2
	 
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;				
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;	
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = arr/2;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;		
						
	TIM_OC4Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
	
	TIM_SelectMasterSlaveMode( TIM2, TIM_MasterSlaveMode_Enable);		// 定时器主从模式使能
	TIM_SelectOutputTrigger( TIM2, TIM_TRGOSource_Update);
	
	TIM_OC4PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);

	TIM_ARRPreloadConfig(TIM2,ENABLE);		

void TIM3_Config(u32 PulseNum_B )//从定时器设置
{ 
        
	TIM_TimeBaseInitTypeDef	TIM_TimeBaseStructure;
	NVIC_InitTypeDef	NVIC_InitStructure;
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd( RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
	
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = PulseNum_B;
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInit( TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
	
	
	TIM_SelectInputTrigger( TIM3, TIM_TS_ITR1);			// TIM2-主，TIM3-从
	TIM_SelectSlaveMode( TIM3, TIM_SlaveMode_Gated);
	TIM_ITConfig( TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);

	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_3);
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_Init( &NVIC_InitStructure);
}
void PWM_Output_B( u32 PulseNum_B,u8 DIR)			// TIM2-主，TIM3-从
{ 
        
	if(DIR == 0)
			GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_4);// C4--DIR
	else
			GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_4);// C4--DIR

		
	TIM3_Config(PulseNum_B);
	TIM_Cmd( TIM3, ENABLE);
	TIM_ClearITPendingBit( TIM3, TIM_IT_Update);
	TIM_ITConfig( TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);
	STEP_MOTOR_PWM_Configuration( 1000,84);		//F429:通用定时器是 84MHz, 故84MHz / 84 = 1MHz
	TIM_Cmd( TIM2, ENABLE);
	void TIM3_IRQHandler(void)
{ 
        
	if (TIM_GetITStatus( TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)
	{ 
        
		TIM_ClearITPendingBit( TIM3, TIM_IT_Update);			// 清除中断标志位
		TIM_Cmd( TIM2, DISABLE);			// 关闭定时器2
		TIM_Cmd( TIM3, DISABLE);			// 关闭定时器3
		TIM_ITConfig( TIM3, TIM_IT_Update, DISABLE);
	}
}
}

main.c

#include "stm32f4xx.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "main.h"

float motor_t;

int main(void)
{ 
        	
 	 SystemInit();
	start_up();
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_3);
	TIM7_Init(TIM7_ARR,TIM7_PRE); /* 主计时时钟初始化 */
  	usart2_Config(100000);
	Can_Init();
	PID_Init();	
  	LED_Init();
	PWM_Configuration(40,84);// 50kHz=20 ， 25KHz=40 //直流无刷电机
	ENCODER_Configuration(12800); //编码器
	
	PWM_Output_B(10000,0); //步进电机 DIR:0-正向，1-反向,
	

	while(1)
	{ 
        
		LOOP();
					
	}
	
}

在初始化程序中调用一次PWM_Output_B（）即可。

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