基于STM32的步进电机控制系统

3．步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。

4．步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。

3.2.4 步进电机的一些基本参数

电机固有步距角：

它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。 步进电机的相数：

是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72° 。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。 保持转矩（HOLDING TORQUE）：

是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成

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为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。

3.2.5 步进电机的驱动方法

步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，如图3.5.1所示，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。图中点划线所包围的二个单元可以用微机控制来实现。

控制指令脉冲发生控制单元功率驱动单元步进电机反馈与保护单元

图3.5.1 步进电机驱动控制器框图

3.3 A/D转换模块

本次设计采用ADC输入电位器作为输入部分。

3.3.1 模拟/数字转换（ADC）介绍

12 位ADC 是一种逐次逼近型模拟数字转换器。它有18 个通道，可测量16 个外部和2 个内部信号源。各通道的A/D 转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。ADC 的结果可以左对齐或右对齐方式存储在16 位数据寄存器中。

3.3.2 模拟/数字转换（ADC）主要特性

● 12-位分辨率

● 转换结束，注入转换结束和发生模拟看门狗事件时产生中断 ● 单次和连续转换模式

● 从通道0 到通道n 的自动扫描模式

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● 自校准

● 带内嵌数据一致的数据对齐 ● 通道之间采样间隔可编程

● 规则转换和注入转换均有外部触发选项 ● 间断模式

● 双重模式(带2 个ADC 的器件) ● ADC 转换时间：

? STM32F103xx 增强型产品：ADC 时钟为56MHz 时为1μs(ADC 时钟为 72MHz 为1.17μs)

? STM32F101xx 基本型产品：ADC 时钟为28MHz 时为1μs(ADC 时钟为 36MHz 为1.55μs)

● ADC 供电要求：2.4V 到3.6V

● ADC 输入范围：VREF- ≤ VIN ≤ VREF+ ● 规则通道转换期间有DMA 请求产生。

3.3.3 模拟/数字转换（ADC）功能描述

ADC开关控制

通过设置ADC_CR1 寄存器的ADON 位可给ADC 上电。当第一次设置ADON 位 时，它将ADC 从断电状态下唤醒。

ADC 上电延迟一段时间后(tSTAB)，再次设置ADON 位时开始进行转换。 通过清除ADON 位可以停止转换，并将ADC 置于断电模式。在这个模式中， ADC 几乎不耗电(仅几个μA)。 单次转换模式

单次转换模式里，ADC 只执行一次转换。这个模式既可通过设置ADC_CR2 寄存 器的ADON 位(只适用于规则通道)启动也可通过外部触发启动(适用于规则通道或

注入通道)，这时CONT 位为0。 一旦选择通道的转换完成： ● 如果一个规则通道被转换：

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? 转换数据被储存在 16 位ADC_DR 寄存器中 ? EOC(转换结束)标志被设置 ? 如果设置了 EOCIE，则产生中断。 ● 如果一个注入通道被转换：

? 转换数据被储存在 16 位的ADC_DRJ1 寄存器中 ? JEOC(注入转换结束)标志被设置 ? 如果设置了 JEOCIE 位，则产生中断。 然后ADC 停止。 连续转换模式

在连续转换模式中，当前面ADC 转换一结束马上就启动另一次转换。此模式可通

过外部触发启动或通过设置ADC_CR2 寄存器上的ADON 位启动，此时CONT 位是1。 每个转换后：

● 如果一个规则通道被转换：

? 转换数据被储存在 16 位的ADC_DR 寄存器中 ? EOC(转换结束)标志被设置 ? 如果设置了 EOCIE，则产生中断。 ● 如果一个注入通道被转换：

? 转换数据被储存在 16 位的ADC_DRJ1 寄存器中 ? JEOC(注入转换结束)标志被设置 ? 如果设置了 JEOCIE 位，则产生中断。

ADC 管脚：

名称 VREF+ 信号类型 输入，模拟参考正极 注解 ADC使用的高端/正极参考电压，2.4V ≤ VREF+ ≤ VDDA 等效于VDD的模拟电源且：2.4V ≤ VDDA ≤ 15

VDDA 输入，模拟电源