单片机直驱两相四线步进电机研究

已于 2023-08-14 19:40:50 修改
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分类专栏： MCU 笔记 文章标签： 单片机
于 2023-08-13 00:27:09 首次发布
本文章为优快云博主Tyrion.Mon原创，未经博主允许不得转载，转载请附上原文链接以及本版权信息。
本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Stack_/article/details/132236329
版权
本文介绍了使用CMS6324驱动双极性步进电机的电路设计，包括四拍和八拍驱动模式，以及两种不同类型的驱动器波形，如恒流和PWM控制。作者通过代码示例和波形分析探讨了电机控制策略对平顺度和电流的影响。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

【本文发布于https://blog.youkuaiyun.com/Stack_/article/details/132236329，未经允许不得转载，转载须注明出处】


双极性步进电机（两相四线步进电机），原理的东西就先不讲太多了，还没搞清楚，边查资料边写代码来理解吧。

此电路使用4片CMS6324去驱动2个H桥，每片CMS6324驱动的桥的同一侧，其自带硬件死区，所以不需要考虑死区插入的问题。如果不是这样的电路，则需要注意上下桥臂不能同时导通。


一、电机基本原理图 内部简化图


在这里插入图片描述

四拍，每个脉冲转 1.8°


在这里插入图片描述

八拍，每个脉冲转 0.9°


二、简单的驱动代码


#define MOTOR_A_P_PORT          PORT1   //P15 A+
#define MOTOR_A_P_PIN           PIN5
    
#define MOTOR_A_N_PORT          PORT1   //P14 A-
#define MOTOR_A_N_PIN           PIN4

#define MOTOR_B_P_PORT          PORT1   //P13 B+
#define MOTOR_B_P_PIN           PIN3

#define MOTOR_B_N_PORT          PORT1   //P12 B-
#define MOTOR_B_N_PIN           PIN2


#define MOTOR_A_P__SET()        PORT_SetBit(MOTOR_A_P_PORT, MOTOR_A_P_PIN)
#define MOTOR_A_P__RESET()      PORT_ClrBit(MOTOR_A_P_PORT, MOTOR_A_P_PIN)

#define MOTOR_A_N__SET()        PORT_SetBit(MOTOR_A_N_PORT, MOTOR_A_N_PIN)
#define MOTOR_A_N__RESET()      PORT_ClrBit(MOTOR_A_N_PORT, MOTOR_A_N_PIN)

#define MOTOR_B_P__SET()        PORT_SetBit(MOTOR_B_P_PORT, MOTOR_B_P_PIN)
#define MOTOR_B_P__RESET()      PORT_ClrBit(MOTOR_B_P_PORT, MOTOR_B_P_PIN)

#define MOTOR_B_N__SET()        PORT_SetBit(MOTOR_B_N_PORT, MOTOR_B_N_PIN)
#define MOTOR_B_N__RESET()      PORT_ClrBit(MOTOR_B_N_PORT, MOTOR_B_N_PIN)



    
    PORT_Init(MOTOR_A_P_PORT, MOTOR_A_P_PIN, OUTPUT); //P15 A+
    PORT_Init(MOTOR_A_N_PORT, MOTOR_A_N_PIN, OUTPUT); //P14 A-
    PORT_Init(MOTOR_B_P_PORT, MOTOR_B_P_PIN, OUTPUT); //P13 B+
    PORT_Init(MOTOR_B_N_PORT, MOTOR_B_N_PIN, OUTPUT); //P12 B-
    
    PORT_Init(PORT3, PIN0, OUTPUT); //P30 CMS6021 POWER_EN， 使能CMS6324供电
    PORT_SetBit(PORT3, PIN0);
    
	while(1)
	{
        #if (0) 													//四拍
            #if (0) 													//四拍正转
            //A+
            MOTOR_A_P__SET();
            MOTOR_B_P__RESET();
            MOTOR_A_N__RESET();
            MOTOR_B_N__RESET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //B+
            MOTOR_A_P__RESET();
            MOTOR_B_P__SET();
            MOTOR_A_N__RESET();
            MOTOR_B_N__RESET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //A-
            MOTOR_A_P__RESET();
            MOTOR_B_P__RESET();
            MOTOR_A_N__SET();
            MOTOR_B_N__RESET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //B-
            MOTOR_A_P__RESET();
            MOTOR_B_P__RESET();
            MOTOR_A_N__RESET();
            MOTOR_B_N__SET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            #else   													//四拍反转
            //A+
            MOTOR_A_P__SET();
            MOTOR_B_P__RESET();
            MOTOR_A_N__RESET();
            MOTOR_B_N__RESET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //B-
            MOTOR_A_P__RESET();
            MOTOR_B_P__RESET();
            MOTOR_A_N__RESET();
            MOTOR_B_N__SET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //A-
            MOTOR_A_P__RESET();
            MOTOR_B_P__RESET();
            MOTOR_A_N__SET();
            MOTOR_B_N__RESET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //B+
            MOTOR_A_P__RESET();
            MOTOR_B_P__SET();
            MOTOR_A_N__RESET();
            MOTOR_B_N__RESET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            #endif
        #else   													//八拍
            #if (0) 													//八拍正向
            //A+
            MOTOR_A_P__SET();
            MOTOR_B_P__RESET();
            MOTOR_A_N__RESET();
            MOTOR_B_N__RESET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //A+ B+
            MOTOR_A_P__SET();
            MOTOR_B_P__SET();
            MOTOR_A_N__RESET();
            MOTOR_B_N__RESET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //B+
            MOTOR_A_P__RESET();
            MOTOR_B_P__SET();
            MOTOR_A_N__RESET();
            MOTOR_B_N__RESET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //B+ A-
            MOTOR_A_P__RESET();
            MOTOR_B_P__SET();
            MOTOR_A_N__SET();
            MOTOR_B_N__RESET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //A-
            MOTOR_A_P__RESET();
            MOTOR_B_P__RESET();
            MOTOR_A_N__SET();
            MOTOR_B_N__RESET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //A- B-
            MOTOR_A_P__RESET();
            MOTOR_B_P__RESET();
            MOTOR_A_N__SET();
            MOTOR_B_N__SET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //B-
            MOTOR_A_P__RESET();
            MOTOR_B_P__RESET();
            MOTOR_A_N__RESET();
            MOTOR_B_N__SET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //B- A+
            MOTOR_A_P__SET();
            MOTOR_B_P__RESET();
            MOTOR_A_N__RESET();
            MOTOR_B_N__SET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            #else 														//八拍反向
            //A+
            MOTOR_A_P__SET();
            MOTOR_B_P__RESET();
            MOTOR_A_N__RESET();
            MOTOR_B_N__RESET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //B- A+
            MOTOR_A_P__SET();
            MOTOR_B_P__RESET();
            MOTOR_A_N__RESET();
            MOTOR_B_N__SET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //B-
            MOTOR_A_P__RESET();
            MOTOR_B_P__RESET();
            MOTOR_A_N__RESET();
            MOTOR_B_N__SET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //A- B-
            MOTOR_A_P__RESET();
            MOTOR_B_P__RESET();
            MOTOR_A_N__SET();
            MOTOR_B_N__SET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //A-
            MOTOR_A_P__RESET();
            MOTOR_B_P__RESET();
            MOTOR_A_N__SET();
            MOTOR_B_N__RESET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //B+ A-
            MOTOR_A_P__RESET();
            MOTOR_B_P__SET();
            MOTOR_A_N__SET();
            MOTOR_B_N__RESET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //B+
            MOTOR_A_P__RESET();
            MOTOR_B_P__SET();
            MOTOR_A_N__RESET();
            MOTOR_B_N__RESET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            //A+ B+
            MOTOR_A_P__SET();
            MOTOR_B_P__SET();
            MOTOR_A_N__RESET();
            MOTOR_B_N__RESET();
            UserTimer_Reset(&timer_delay);
            while(UserTimer_Read(&timer_delay) < TIMEOUT_1MS);
            #endif
        #endif
	}

黄波形为A+ 蓝波形为B+ 紫波形为A- 绿波形为B-

在这里插入图片描述

四拍正转，每个正脉冲转1.8°，360°/1.8°=200个脉冲转一圈。一次循环A+ B+ A- B-四个脉冲，循环50次即转一圈。


在这里插入图片描述

四拍反转。四拍时，1ms切换太快了，会严重丢步，转动非常卡顿，将延时即切换时间适当拉长可获得较为平顺的效果。但导通时间过长会导致总电流很大。


在这里插入图片描述

八拍正转。拍数增加，转动相较于4拍平顺了不少


在这里插入图片描述

八拍反转



三、抓取步进电机驱动芯片/驱动器的四线波形进行对比


在这里插入图片描述

实际驱动时，不会像上面的那么“生硬”的，而是会不断调节输出的占空比的。例如下面抓取的波形




1、市面上驱动器驱动波形类型一。这种驱动方式横容易理解，跟上面相似


在这里插入图片描述

正转。可见，大体思路和上面的是一致的，只不过为了驱动更平顺以及功耗的考虑，各线通电时不是恒导通的，而是以PWM的方式进行输出


在这里插入图片描述

反转


在这里插入图片描述

每一相通电时，其正占空比都是先增后减，即电流先增后减


在这里插入图片描述

当速度提高，换相频率变高。一般地，功率也需要提高，速度不变负载增加，功率也需提高（需要接编码器），所以正占空比(平均)也变大了，电流变大




2、市面上驱动器驱动波形类型二。这种方式4根线上都是持续不断输出20kHz的波形的，分别控制A+和A-的占空比，以实现控制A相电流大小与方向的效果，如下列图中的红色波形。B+和B-同理。


① 正转


在这里插入图片描述

正转


在这里插入图片描述

A电流反向(A-流向A+)之前以及之后


在这里插入图片描述

A电流反向(A+流向A-)之前以及之后



② 反转


在这里插入图片描述

反转


在这里插入图片描述

A电流反向(A-流向A+)之前以及之后


在这里插入图片描述

A电流反向(A+流向A-)之前以及之后



以上为波形研究，待续

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