让步进电机动起来——L298N驱动步进电机json程序员小哈的专栏-

步进电机特点：

• 它是通过输入脉冲信号来进行控制的
• 电机的总转动角度由输入脉冲数决定
• 电机的转速由脉冲信号频率决定

步进电机主要用于一些有定位要求、进行精确控制的场合。特别适合要求运行平稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高输出扭矩的应用场合。比如3D打印机、工业机器人等场景。

步进电机在工业机器人中的应用

步进电机相关概念：

• 拍数
  完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。

• 步距角
  控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。现在市场上常规的二、四相混合式步进电机基本步距角都是1.8°。

相关问题：

问题：有一步进电机参数，如下：
[电压 12VDC
相数 4
减速比 1/64
步距角 1.8° /64
驱动方式 四相八拍 ]
请问： 步距角1.8°/64 ，后面的 “/64”表示什么意思？此步进电机转一圈，要多少步？

答案：12VDC的步进电机，L298N的VS接12V直流电源。步进电机本身到电机轴之间是有一级齿轮减速的，64指减速比，即：电机本身的转子转64圈，输出的电机轴才转1圈。步距角1.8° /64表示，每走动64拍，转过角度为1.8度，转一圈共需要(360/1.8)*64=12800拍(步)

若是新手，不知道怎么设计电机驱动电路，可以直接购买电机驱动模块，市面上这种功能模块非常多，比如L298N电机驱动模块，只需要单片机6个IO外加一个电机供电电源即可驱动步进电机。

L298N主要参数说明

• 控制信号供电：直流5V；
• 电机供电：直流3V~46V（建议使用36V以下）
• 最大工作电流：2.5A
• 额定功率：25W
• 控制信号输入电压范围：
  • 低电平：-0.3V <= Vin <= 1.5V
  • 高电平：2.3V <= Vin <= Vss
• 使能信号输入电压范围：
  • 低电平：-0.3V <= Vin <= 1.5V（控制信号无效）
  • 高电平：2.3V <= Vin <= Vss（控制信号有效）
• L298N芯片的输入电压有两个:
  • VSS：逻辑电压，提供逻辑器件的电源，允许4.5~7V，建议为5V。
  • VS：小于或等于46V，供给电机，和L298内部输出端的工作电源，根据电机的额定电压来接。

  如果步进电机为5VDC供电，那么VSS和VS可以短接到一起；
  VSS和VS两个电源要共地；
  L298N使用的过程中，发热较大，最好添加散热片。

如果想自己设计电路实现电机的驱动，可以参考如下电路。

L298N原理图

应用实例

驱动步进电机

驱动四线两相电机，四个状态为1、AB正电压；2、A-B正电压；3、A-B-正电压；4、AB-正电压。
程序中使能ENA和ENB之后，令StepMotor_OUT1~StepMotor_OUT4按四个状态变化，时序控制如下图所示，即可控制步进电机的方向：

实现代码

1. 驱动步进电机的引脚初始化

void StepMotor_Init(void) {   GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);  //使能PB,PC端口时钟    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;   GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);   GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_6);   GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_7);    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15;   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);    L298D_1AA = 0;  L298D_2AA = 0;  L298D_3AA = 0;  L298D_4AA = 0;  L298D_12ENA = 0;  L298D_34ENA = 0; } 

2. 两相电机驱动代码，包括正转和反转

void TwoPhaseMotor(unsigned char nInputData ,unsigned char nDirection) {  if(1 == nDirection)  //逆时针  {   switch(nInputData)   {    case 1:    {     L298D_1AA = 0;     L298D_2AA = 1;     L298D_3AA = 0;     L298D_4AA = 1;    }    break;    case 2:    {     L298D_1AA = 0;     L298D_2AA = 1;     L298D_3AA = 1;     L298D_4AA = 0;    }    break;    case 3:    {     L298D_1AA = 1;     L298D_2AA = 0;     L298D_3AA = 1;     L298D_4AA = 0;    }    break;    case 4:    {     L298D_1AA = 1;     L298D_2AA = 0;     L298D_3AA = 0;     L298D_4AA = 1;    }    break;   }  }  else if(0 == nDirection) //顺时针  {   switch(nInputData)   {    case 1:    {     L298D_1AA = 1;     L298D_2AA = 0;     L298D_3AA = 0;     L298D_4AA = 1;    }    break;    case 2:    {     L298D_1AA = 1;     L298D_2AA = 0;     L298D_3AA = 1;     L298D_4AA = 0;    }    break;    case 3:    {     L298D_1AA = 0;     L298D_2AA = 1;     L298D_3AA = 1;     L298D_4AA = 0;    }    break;    case 4:    {     L298D_1AA = 0;     L298D_2AA = 1;     L298D_3AA = 0;     L298D_4AA = 1;    }    break;   }  } }  

上面函数调用一次，步进电机走一步，对上面函数进行封装，既得到走任意步，可控制方向的函数：

void TwoPhaseMotorNCircle(int n,unsigned char direction) {     int i,j;              L298D_12ENA = 1;    //只有转的时候使能，否则持续供电，芯片和电机过热。     L298D_34ENA = 1;          for(i=0;i<n;i++)     {         for(j=1;j<=4;j++)         {             TwoPhaseMotor(j,direction);             delay_ms(2);         }     }              L298D_12ENA = 0;     L298D_34ENA = 0; } 

3. 主函数中调用

说明

• 硬件实现中串口2与ESP8266模块相连，使用cJSON解析收到的阿里云物联网的数据包；
• 收到的{“PowerSwitch”:1)，电机转动，{“PowerSwitch”:0}，电机停止；
• 收到电机转动指令之后，此程序让步进电机左转N圈之后，再右转N圈，如此反复，所以为了不影响程序对其他指令的响应，所以将控制步进电机转动的步进代码放到了定时器中执行，主程序中，只控制ENA和ENB的使能开关。

JSON字符串解析参考之前的网文：Keil环境下STM32工程加入cJSON

主函数代码如下：

int main(void)  {  //解析payload数据包使用    cJSON *receive_json, *item_obj;     u16 i;  u16 uart2Len=0;     u8 dtbuf[50]; //打印缓存器      NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);    USART2_RX_STA=0;    memset(USART2_RX_BUF, 0, sizeof(USART2_RX_BUF));     memset(dtbuf,'',50);   //初始化  //延时函数初始化     delay_init();       uart_init(115200);    //串口1:Debug,初始化为115200  uart2_init(115200);    //定时器3,--步进电机使用  TIM3_Int_Init(99,7199);  //1ms中断  TIM3_Set(0);   StepMotor_Init();    printf("System Init OK rn");      //主循环   while(1)   {     //ESP8266   if(USART2_RX_STA&0x8000)   {     uart2Len=USART2_RX_STA&0x3f;                                      receive_json = cJSON_Parse(USART2_RX_BUF);      //创建JSON解析对象，返回JSON格式是否正确    if (!receive_json)    {     printf("JSON格式错误:%srn", cJSON_GetErrorPtr()); //输出json格式错误信息    }    else    {     printf("JSON格式正确:n%srn",cJSON_Print(receive_json) );     item_obj = receive_json->child; //获取name键对应的值的信息          while(item_obj)     {      char * string = item_obj->string;            if(!strcmp(string,"PowerSwitch"))      {       if(item_obj->valueint==1)       {        L298D_12ENA = 1; //只有转的时候使能，否则持续供电，芯片和电机过热。        L298D_34ENA = 1;                TIM3_Set(1);                nRotationCounting = 0;                stuAliOSIoT.PowerSwitch = 1;                printf("PowerSwitch:1rn");        }       else if(item_obj->valueint==0)       {        //步进电机运动停止        L298D_12ENA = 0;        L298D_34ENA = 0;                TIM3_Set(0);                stuAliOSIoT.PowerSwitch = 0;                printf("PowerSwitch:0rn");        }      }                 item_obj = item_obj->next;     }          cJSON_Delete(receive_json);           }           USART2_RX_STA=0;       memset(USART2_RX_BUF, 0, sizeof(USART2_RX_BUF));   //清空数组     }          delay_ms(10);   }   } 

定时器中代码如下：

//定时器3中断服务程序       void TIM3_IRQHandler(void) {    if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)//是更新中断  {           TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update  );  //清除TIM3更新中断标志          nRotationCounting++;   if(nRotationCounting > nSingleCycleDataPoints)   {    if(nRotationDirection==0)    {     nRotationDirection=1;    }    else if(nRotationDirection==1)    {     nRotationDirection=0;    }        nRotationCounting=0;   }      if(stuAliOSIoT.PowerSwitch)   {    if(nRotationDirection==0)   //正转    {     TwoPhaseMotor(nRotationCounting%4+1,0);    //顺时针    }    else if(nRotationDirection==1)  //反转    {     TwoPhaseMotor(nRotationCounting%4+1,1);     }   }      //TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);  //关闭TIM3   }      } 

实物图

电源座用于提供外部VS供电；

从六月份开始，每个月会制作一个毕业设计难度的DIY作品，
前期作品以模块组合的形式搭建，降低门槛，方便大家一起跟着做；
DIY过程只在微信公众号中，大家没关注的，赶紧关注哈。

每个月时间大致安排：

• 上个月25号，公布DIY作品名称；
• 每月1日公布作品功能点及所需要的功能模块链接；
• 每月10日前绘制完模块配合的线路板；
• 每月15日之前硬件搭建完毕，之后按模块撰写代码，调试，随时公众号更新进展；
• 每月月底开源整个作品的源码和PCB工程文件。

题目选取原则：

• 公众号每个月20日发起投票，25号截止，票数最多的作为下个月的DIY内容；
• 投票的备选项大家可以后台留言给我，我会选出五种留言最多的作为选项；
• 每个月的DIY内容尽量与上个月的文章有一定的相关度，起到温故知新的作用。

有什么想法或者建议，留言给我哈。

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