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在工业自动化、机器人控制等场合，步进电机以其高精度、开环控制的特性得到了广泛应用。

而在嵌入式系统中，使用STM32进行步进电机的精确控制，已成为开发者的首选方案之一。

本文将从嵌入式开发者的角度，深入探讨如何基于STM32 MCU实现步进电机的精准控制，包括驱动器选择、步进模式、细分控制、速度曲线规划、闭环反馈等核心内容，助力开发者掌握高精度步进电机控制的技术要点。

步进电机工作原理

步进电机主要包括：

• 反应式步进电机（VR型）

• 永磁式步进电机（PM型）

• 混合式步进电机（HB型）

目前工业场合中，最广泛使用的是混合式步进电机（HB型），其特性为：

• 步距角小，精度高

• 保持力矩大

• 启动性能优异

  

  
  

步进电机的每一步运动都是固定角度的增量位移，且无需反馈即可实现定位控制。

这种开环控制特性非常适合一些对精度要求较高，但不需要闭环反馈的场合。

STM32步进电机驱动电路设计

主控MCU：STM32F103C8T6

驱动器：DRV8825（常见于3D打印机和CNC设备）

电机：17HS4401（1.8°步距角，2A相电流）

步进电机细分与精准运动控制

在普通情况下，步进电机的步距角公式为：

其中：

• θ为每步的角度

• N为步进电机的步数

例如，常见的17HS4401电机为200步/圈，其步距角为：

采用DRV8825进行细分驱动，可设置16细分、32细分甚至128细分，以提升角度精度。

例如：

要实现精准运动控制，必须产生固定频率的脉冲信号，STM32的定时器正好可以实现这一点。

配置步骤：

1. 配置TIM2为定时器模式，产生固定频率脉冲

2. 配置GPIO控制DIR引脚，决定旋转方向

3. 使用中断服务函数ISR，控制STEP脉冲信号

示例代码：

void TIM2_IRQHandler(void)
{
    if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)
    {
        GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1); // 产生一个STEP上升沿
        delay_us(5);
        GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
    }
}

通过调整TIM2的频率，即可精确控制步进电机的转速。

速度曲线规划（加减速控制）

在实际应用中，若步进电机直接从零速到高速，会出现丢步、振动等问题，因此必须设计加速曲线。

采用梯形加速算法是最常见的方案，其核心思想是：

• 加速阶段：脉冲间隔时间逐渐减小

• 恒速阶段：脉冲间隔保持恒定

• 减速阶段：脉冲间隔逐渐增大

for(int i=0; i<steps; i++)
{
    delay_us(pulse_interval[i]);
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
    delay_us(5);
    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
}

闭环反馈的必要性

在高精度应用中，可以通过光电编码器实现闭环控制，确保电机实际运动与预期一致。

if(target_step > actual_step)
{    // 补偿丢失的步数}

在实际项目开发中，还可以结合PID算法、CAN通信等技术，实现更高性能的步进电机控制系统。