1. 1. PICO开发环境

这次控制核心是树莓派PICO，采用的语言是基于circuitpython的Python语言。首先就来下载和安装下pico的circuitpython包。进入到CircuitPython的官网，就可以直接看到下载的链接。

pico的固件烧录也是出奇的方便，安装按钮插入电脑的USB就可以看到一个U盘设备，直接把固件拖进去就烧录好了。

烧录完成就可以看到如下的内容，这里面code.py就是上电执行的代码。

至此开发环境算是搭建好了。

• 2. 步进电机

这次我采用的是42步进电机，这里的42意思就是4线两相。找到一张拆解的42步进电机图如下：




可以看到电机有4个出线端子，按照如下的控制方式就可以让电机转动起来。



下面就来看看电机控制驱动了。

• 3. TMS2209

TMC2209 步进驱动芯片，原德国Trinamic（先被ADI亚德诺收购）研发，于2019年正式发布，主打经济型静音两相步进驱动，广泛用于3D打印、云台、自动化设备。其核心参数:

• 供电：电机电压4.75~29VDC，兼容工业级12/24V主流设备；

• 电流：峰值2.8A，有效值2A RMS。适配市面上绝大多数的42/35/28/20 的两相步进电机；

• 封装：QFN28（5*5mm）内置散热焊盘，内部上下桥Mos 共340mΩ；

• 双接口：STEP/DIR脉冲 + 单线UART

本次采用的驱动板原理图如下。






驱动板的作用就是将单片机传来的控制信号转换成我们前面第2节分析的相信号，相信号的顺序影响电机的转动方向，相信号的变化速率就影响电机的转动速度。最简单的就是在enable的情况下，通过控制dir,step就可以控制电机的转动。

# SPDX-FileCopyrightText: 2025 Liz Clark for Adafruit Industries
#
# SPDX-License-Identifier: MIT

import time
import board
from digitalio import DigitalInOut, Direction
import usb_cdc

serial = usb_cdc.console

DIR = DigitalInOut(board.GP2)
DIR.direction = Direction.OUTPUT

STEP = DigitalInOut(board.GP3)
STEP.direction = Direction.OUTPUT

EN = DigitalInOut(board.GP4)
EN.direction = Direction.OUTPUT
EN.value = False

microMode = 8

moving_forward = True
is_running = False
speed_level = 5

step_state = False
next_toggle_time = 0.0

last_status_str = ""
status_update_time = 0.0

def get_delay():
    min_freq = 50.0
    max_freq = 1200.0
    freq = min_freq + (speed_level - 1) * (max_freq - min_freq) / 9.0
    return 1.0 / (2.0 * freq)

def get_status_str():
    state = "运行" if is_running else "停止"
    direction = "前进" if moving_forward else "后退"
    freq = 1.0 / (2.0 * get_delay())
    return f"状态: {state} | 方向: {direction} | 速度: {speed_level}/10 | 频率: {freq:.0f}Hz"

def show_help():
    print("\n" + "=" * 50)
    print("步进电机控制 (TMC2209) 非阻塞版")
    print("=" * 50)
    print("引脚: DIR=GP2, STEP=GP3, EN=GP4")
    print("命令:")
    print("  w    - 前进（并启动）")
    print("  s    - 后退（并启动）")
    print("  d    - 加速")
    print("  a    - 减速")
    print("  空格 - 停止/启动切换")
    print("=" * 50)

show_help()
print("\n准备就绪，等待命令...\n")
print(get_status_str() + " > ", end='')

while True:
    now = time.monotonic()

    if serial.in_waiting > 0:
        raw = serial.read(1)
        if raw:
            cmd = raw.decode('utf-8').lower()
            if cmd == 'w':
                moving_forward = True
                is_running = True
                last_status_str = ""
            elif cmd == 's':
                moving_forward = False
                is_running = True
                last_status_str = ""
            elif cmd == ' ':
                is_running = not is_running
                last_status_str = ""
            elif cmd == 'd':
                speed_level = min(speed_level + 1, 10)
                last_status_str = ""
            elif cmd == 'a':
                speed_level = max(speed_level - 1, 1)
                last_status_str = ""

    if is_running:
        DIR.value = moving_forward
        if now >= next_toggle_time:
            step_state = not step_state
            STEP.value = step_state
            next_toggle_time = now + get_delay()

    current_status = get_status_str()
    if current_status != last_status_str and (now - status_update_time) >= 0.2:
        print("\r" + " " * 60 + "\r" + current_status + " > ", end='')
        last_status_str = current_status
        status_update_time = now

    time.sleep(0.0001)

至此就可以在串口工具下对电机进行控制了。