RISC-V MCU开发实战(四) ：步进电机

软件平台: MounRiver Studio(MRS)，硬件平台: CH32V103开发板、ULN2003步进电机驱动板、28BYJ-48步进电机，使用GPIO进行步进电机控制。

1.        ULN2003和28BYJ-48简介

ULN2003是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN 复合晶体管组成，每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻，在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。

ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。
输入5VTTL电平，输出可达500mA/50V。

ULN2003是高耐压、大电流达林顿系列,由七个硅NPN达林顿管组成。 该电路的特点如下: ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路 直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。

关于步进电机，此处所用电机型号为28BYJ-48（步进电机），减速比为1:64，步进脚为5.625/64度，如果需要转动转动一圈，那么需要 360/5.625*64=4096 个脉冲信号。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行设备。步进电机驱动信号为脉冲信号，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。

我们可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时我们可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的

2.        硬件连接
CH32V103开发板与ULN2003步进电机驱动板的连接方式如下：
PB6连接驱动板的IN1引脚
PB7连接驱动板的IN2引脚
PB8连接驱动板的IN3引脚
PB9连接驱动板的IN4引脚

3.        MRS中开发流程
1）首先新建一个CH32V103C8T6 的工程，这个要与对应芯片对应

上图最下方红框中是对选中芯片的资源的简单介绍，方便查询

2) 新建完工程之后，我们打开main.c文件，可以看到主函数只是一些初始化和串口打印，我们自己的主函数逻辑可以添加在打印下面就可以了；
3) 新建一个hardware的文件夹，右键工程new->folder,填写文件名，点击finish即可，我们可以以同样的方式在hardware目录下再新建SD目录，SPI目录，条理清晰。
4) 在SPI目录下，New>Source File，填写文件名gpio.c，内容是电机初始化函数以及调速转向停止函数，在新建个gpio.h文件用来声明函数，这个新的头文件需要添加到头文件寻址路径中，点击菜单栏工程属性配置按钮，在弹出的页面中，如下图，点击绿色加号添加路径即可

1. 驱动代码如下:
   
2. #include "gpio.h"
   
3. #include "debug.h"
   
4. 
   
5. //#define N 4
   
6. #define N 8
   
7. 
   
8. //步进电机正反转数组  数组的值，即对应GPIO引脚的值
   
9. //单四拍
   
10. //uint16_t phasecw[4] ={0x0200,0x0100,0x0080,0x0040};// D-C-B-A.（9-8-7-6）
    
11. //uint16_t phaseccw[4]={0x0040,0x0080,0x0100,0x0200};// A-B-C-D.（6-7-8-9）
    
12. 
    
13. ////双四拍
    
14. //uint16_t phasecw[4] ={0x0300,0x0180,0x00C0,0x0240};// DC-CB-BA-AD.
    
15. //uint16_t phaseccw[4]={0x00C0,0x0180,0x0300,0x0240};// AB-BC-CD-DA.
    
16. 
    
17. //四相八拍
    
18. uint16_t phasecw[8] ={0x0200,0x0300,0x0100,0x0180,0x0080,0x00C0,0x0040,0x0240};// D-DC-C-CB-B-BA-A-AB.
    
19. uint16_t phaseccw[8]={0x0040,0x00C0,0X0080,0x0180,0x0100,0x0300,0x0200,0x0240};// A-AB-B-BC-C-CD-D-DA.
    
20. 
    
21. //电机初始化函数
    
22. void Moto_Init(void)
    
23. {
    
24.     //步进电机初始化
    
25.     // IN1: PB6   a
    
26.     // IN2: PB7   b
    
27.     // IN3: PB8   c
    
28.     // IN4: PB9   d
    
29.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
30.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
    
31. 
    
32.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9 ;
    
33.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    
34.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
35.     GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
    
36. 
    
37.     GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 |GPIO_Pin_8 |GPIO_Pin_9 );
    
38. }
    
39. 
    
40. //电机正转函数
    
41. //其中，speed的值越大，速度越慢，值越小，速度越快，speed相当于调节脉冲速度
    
42. //转动速度和脉冲频率成正比，在此处，延时越小，频率越高
    
43. void Motorcw(u8 speed)
    
44. {
    
45.     uint8_t i=0;
    
46. 
    
47.     for(i=0;i<N;i++)
    
48.     {
    
49.         GPIO_Write(GPIOB,phasecw<i>);
    
50.         Delay_Ms(speed);
    
51.     }
    
52. }
    
53. 
    
54. //电机反转函数
    
55. void Motorccw(u8 speed)
    
56. {
    
57.     uint8_t i;
    
58.     for(i=0;i<N;i++)
    
59.     {
    
60.         GPIO_Write(GPIOB,phaseccw<i>);
    
61.         Delay_Ms(speed);
    
62.     }
    
63. }
    
64. 
    
65. //电机停止函数
    
66. void MotorStop(void)
    
67. {
    
68.     //GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 |GPIO_Pin_8 |GPIO_Pin_9 );
    
69.     GPIO_Write(GPIOB,0x0000);
    
70. }
    
71. 
    
72. //电机正转角度
    
73. void Motorcw_angle(int angle,int speed)
    
74. {
    
75.     int i,j;
    
76.     j=(int)(angle/0.70312);
    
77.     for(i=0;i<j;i++)
    
78.     {
    
79.         Motorcw(speed);
    
80.     }
    
81. }
    
82. 
    
83. //电机反转角度
    
84. void Motorccw_angle(int angle,int speed)
    
85. {
    
86.     int i,j;
    
87.     j=(int)(angle/0.70312);
    
88.     for(i=0;i<j;i++)
    
89.     {
    
90.         Motorccw(speed);
    
91.     }
    
92. }
    
93. </i></i>

复制代码

主函数可以调用我们驱动中的正反转函数来说实现想要的功能

1. int main(void)
   
2. {
   
3. 
   
4.     USART_Printf_Init(115200);
   
5.     Moto_Init();
   
6.     Delay_Init();
   
7. 
   
8.     printf("This is Stepper motor driver\r\n");
   
9. 
   
10.     Motorcw_angle(360,5);   //步进电机正转角度函数
    
11.     MotorStop();
    
12.     Delay_Ms(1000);
    
13. 
    
14.     Motorccw_angle(360,5);  //步进电机反转角度函数
    
15.     MotorStop();
    
16.     Delay_Ms(1000);
    
17. 
    
18. }
    

复制代码

代码编辑完成，点击菜单栏编译按钮，在console窗口查看编译结果，无错误，就可以进入到调试去验证逻辑，点击菜单栏调试按钮，如果运行现象和理论不一致，可以通过左下角反汇编窗口，断点，外设寄存器，内核寄存器这几个窗口来配合查找逻辑BUG

小提示，当程序运行到 HardFault_Handler 函数，可以观察Rregister窗口的mepc，mtval,mcause三个寄存器，分别代表，进入硬件错误中断前的pc,cpu取到的值，以及进入异常的原因。

4.        验证
将编译好的程序下载到开发版并复位，通过逻辑分析仪对这几个GPIO引脚进行波形采集，具体如下图。将开发板、步进电机驱动板、步进电机连接起来，可看到电机进行正反转。