【let's_do|2026年第3期】步进电机的串口控制-电子产品世界论坛

【let's do|2026年第3期】步进电机的串口控制

本文介绍了 Let's Do|2026年第3期活动，通过主控 NUCLEO-C562RE 开发板实现 28BYJ48 步进电机驱动和串口控制的项目设计，包括硬件连接、环境搭建、工程测试等流程。

项目介绍

NUCLEO-C562RE 开发板通过串口中断控制 28BYJ-48 步进电机旋转的角度、方向、速度的项目设计。

步进电机和驱动板介绍、硬件连接；
串口通信：工程创建、参数配置、IDE 导入、代码、编译运行等；
电机驱动：头文件和源文件、驱动旋转测试；
角度控制：关键代码、串口中断、指令发送、自定义旋转；

28BYJ-48

28BYJ-48 是一款常见的低成本、小扭矩 5 线单极步进电机，可使用 ULN2003 控制器和单片机实现旋转控制，广泛用于打印机、扫描仪、摄像机云台、空调、家电、玩具、消费电子等领域。

参数

28BYJ-48 是一款适应性强的 5V DC步进电机，设计紧凑，适用于各种应用。

它具有四个相位，速度变化比为1/64，步距角为5.625°/64步，允许精确控制。

电机在100Hz频率下工作，在25°C时的直流电阻为50Ω ±7%。

它的空载牵引频率大于600Hz，空载脱离频率超过1000Hz，确保在不同场景下的可靠性。

28BYJ-48 在 120Hz 时的自定位转矩和牵引转矩均超过 34.3mN.m，提供强劲性能。

其摩擦转矩范围为600到1200 gf.cm，而拉入转矩为300 gf.cm。

参数值	描述
电机类型	单极 4 相永磁式步进电机（5线制）
步距角	5.625°（64 步/圈），配合减速齿轮后 0.0879°（实际输出轴 4096 步/圈）
减速比	1:64（内部齿轮组减速）
额定电压	5V 或 12V DC
相电流	约 100mA（每相）
保持扭矩	约 0.1 N·m（输出轴，受减速齿轮影响）
绕组电阻	约 50Ω/相

实际输出轴步距角为 5.625°/64 ≈ 0.0879°，转一圈理论上需要 64×64=4096 步，实际可能存在误差。

详见：Seeed Studio Wiki .

ULN2003

ULN2003 是一款常用的达林顿晶体管阵列芯片，专为驱动高电流负载（如继电器、步进电机、LED阵列等）设计。其作用是将 MCU 输出的弱电流信号转换为大电流输出，是控制 28BYJ-48 步进电机的核心驱动芯片。

原理图

详见：Seeed Studio Wiki .

硬件连接

由原理图可知，将驱动板的 4 个信号输入引脚分别与 STM32C562RET6 的 PA9、PC6、、PC9、PA7 相连；

信号引脚电平为 3.3V，电机驱动电压为 5V，因此需将开关拨至 VM 端；

STM32C562RET6	ULN2003 Module
Digital Pin 8 (PA9)	IN1
Digital Pin 9 (PC6)	IN2
Digital Pin 10 (PC9)	IN3
Digital Pin 11 (PA7)	IN4
GND	GND
3V3	VCC
5V	VM

串口通信

使用串口中断控制步进电机，因此需首先调通串口通信。

由原理图可知，板载 ST-LINK 虚拟串口 (VCP) 连接对应 USART2，引脚为 PA2 (TX) 和 PA3 (RX) ；

工程创建

打开 STM32CubeMX2 软件，从开发板新建工程；

点击左侧工具栏 Open Peripherals 按钮，展开 Connectivity ，使能 USART2 并配置为异步通信；

展开 System - GPIO ，将 USART2 对应引脚配置为 PA2 和 PA3，并使能全局中断；

进入 Pinout 标签页，将 ULN2003A 模块的信号引脚 PA9、PC6、、PC9、PA7 均设置为输出模式，初始低电平；

保存配置，生成 CMake工程；

详见：【let's_do|2026年第3期】介绍、环境搭建、工程测试 .

导入 IDE

打开 STM32CubeIDE 软件，依次选择 File - Import ，选择 STM32 CMake Project ，选择目标工程文件所在路径；

配置工具链，选择主控芯片型号 STM32C562RETx ；

待导入完成，点击工具栏小锤子按钮，编译工程，无报错。

代码

打开 StepMotor_cmake/main.c 文件，添加代码如下

 #include "main.h"
 #include <stdio.h>
 #include <string.h>
 /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
 /* Private define ------------------------------------------------------------*/
 #define RX_TIMEOUT 10000U
 #define TX_TIMEOUT 1000U
 #define MAX_BUFFER_SIZE 128U
 /* Private macro -------------------------------------------------------------*/
 /* Private variables ---------------------------------------------------------*/
 uint8_t RxBuffer[MAX_BUFFER_SIZE];
 /* Private functions prototype -----------------------------------------------*/
 
 int __io_getchar(void) {
   uint8_t ch = 0;
   HAL_UART_Receive(mx_usart2_uart_gethandle(), (uint8_t *)&ch, 1, 10000);
   return ch;
 }
 
 int __io_putchar(int ch) {
   HAL_UART_Transmit(mx_usart2_uart_gethandle(), (uint8_t *)&ch, 1, 100);
   return ch;
 }
 
 int main(void)
 {
   if (mx_system_init() != SYSTEM_OK)
   {
     return (-1);
   }
   else
   {
     while (1) {
      printf("Hello World!\r\n");
      HAL_Delay(500);
     }
   }
 } /* end main */

保存代码。

效果

重新编译工程、点击工具栏 Run 按钮，配置调试器为 ST-LINK ，运行程序；

运行串口调试软件，配置波特率等参数，打开串口；

连续接收开发板输出的字符串；

电机驱动

在 IDE 项目中新建步进电机驱动的头文件 stepmotor.h 和源文件 stepmotor.c 。

stepmotor.h

 #ifndef __STEPMOTOR_H_
 #define __STEPMOTOR_H_
 
 #ifdef __cplusplus
 extern "C" {
 #endif
 
 #include "main.h"
 
 /* 步进电机引脚定义（PA9, PC6, PC9, PA7）*/
 #define STEPPER_PIN0_PORT   HAL_GPIOA
 #define STEPPER_PIN0_PIN    HAL_GPIO_PIN_9
 #define STEPPER_PIN1_PORT   HAL_GPIOC
 #define STEPPER_PIN1_PIN    HAL_GPIO_PIN_6
 #define STEPPER_PIN2_PORT   HAL_GPIOC
 #define STEPPER_PIN2_PIN    HAL_GPIO_PIN_9
 #define STEPPER_PIN3_PORT   HAL_GPIOA
 #define STEPPER_PIN3_PIN    HAL_GPIO_PIN_7
 
 /* 方向定义 （正数=顺时针，负数=逆时针）*/
 #define STEPPER_CW   1   /* 顺时针 */
 #define STEPPER_CCW  -1   /* 逆时针 */
 
 /* 公共函数 */
 void stepper_init(void);
 void stepper_step(int32_t steps, uint16_t delay_ms);
 void stepper_rotate(int32_t angle, uint16_t delay_ms);
 void stepper_stop(void);
     
 void stepper_test(void);    /* 测试 */
 
 #ifdef __cplusplus
 }
 #endif
 
 #endif /* C562RE_STEPMOTOR_CMAKE_STEPMOTOR_H_ */

保存代码。

stepmotor.c

 #include "stepmotor.h"
 
 /* 四相八拍励磁序列（8 个状态）
    位序: [PA9, PC6, PC9, PA7] 对应 [A, B, C, D] 相 */
 static const uint8_t step_sequence[8] = {
     0b0001,  /* 1: A */
     0b0011,  /* 2: A+B */
     0b0010,  /* 3: B */
     0b0110,  /* 4: B+C */
     0b0100,  /* 5: C */
     0b1100,  /* 6: C+D */
     0b1000,  /* 7: D */
     0b1001   /* 8: D+A */
 };
 
 /* 每圈步数（参考实测值）*/
 #define STEPPER_STEPS_PER_REV   509U
 
 /* 私有：将励磁状态写入 4 个引脚 */
 static void stepper_write_phase(uint8_t seq)
 {
     HAL_GPIO_WritePin(STEPPER_PIN0_PORT, STEPPER_PIN0_PIN,
                       (seq & 0x01) ? HAL_GPIO_PIN_SET : HAL_GPIO_PIN_RESET);
     HAL_GPIO_WritePin(STEPPER_PIN1_PORT, STEPPER_PIN1_PIN,
                       (seq & 0x02) ? HAL_GPIO_PIN_SET : HAL_GPIO_PIN_RESET);
     HAL_GPIO_WritePin(STEPPER_PIN2_PORT, STEPPER_PIN2_PIN,
                       (seq & 0x04) ? HAL_GPIO_PIN_SET : HAL_GPIO_PIN_RESET);
     HAL_GPIO_WritePin(STEPPER_PIN3_PORT, STEPPER_PIN3_PIN,
                       (seq & 0x08) ? HAL_GPIO_PIN_SET : HAL_GPIO_PIN_RESET);
 }
 
 /**
   * @brief  初始化步进电机
   * @note   引脚已在 CubeMX 中配置为输出，需确保初始状态为低电平
   */
 void stepper_init(void)
 {
     stepper_stop();
 }
 
 /**
   * @brief  驱动电机旋转指定步数
   * @note   steps 单位为"完整序列周期"（8 个相位/周期）
   * @param  steps:     正数=顺时针，负数=逆时针
   * @param  delay_ms:  步间延时(ms)
   */
 void stepper_step(int32_t steps, uint16_t delay_ms)
 {
     int32_t direction = (steps >= 0) ? 1 : -1;
     uint32_t cycles = (steps >= 0) ? (uint32_t)steps : (uint32_t)(-steps);
     uint32_t i, j;
 
     for (i = 0; i < cycles; i++)
     {
         for (j = 0; j < 8; j++)
         {
             uint8_t phase_idx;
             if (direction > 0)
             {
                 phase_idx = j;       /* 正序 0,1,2,...,7 */
             }
             else
             {
                 phase_idx = 7 - j;   /* 逆序 7,6,5,...,0 */
             }
             stepper_write_phase(step_sequence[phase_idx]);
             HAL_Delay(delay_ms);
         }
     }
 }
 
 /**
   * @brief  旋转指定角度
   * @param  angle:     正数=顺时针，负数=逆时针
   * @param  delay_ms:  步间延时(ms)
   */
 void stepper_rotate(int32_t angle, uint16_t delay_ms)
 {
     int32_t steps = (int32_t)(angle * (STEPPER_STEPS_PER_REV / 360.0f));
     stepper_step(steps, delay_ms);
 }
 
 /**
   * @brief  停止电机：所有线圈断电（释放扭矩）
   */
 void stepper_stop(void)
 {
     HAL_GPIO_WritePin(STEPPER_PIN0_PORT, STEPPER_PIN0_PIN, HAL_GPIO_PIN_RESET);
     HAL_GPIO_WritePin(STEPPER_PIN1_PORT, STEPPER_PIN1_PIN, HAL_GPIO_PIN_RESET);
     HAL_GPIO_WritePin(STEPPER_PIN2_PORT, STEPPER_PIN2_PIN, HAL_GPIO_PIN_RESET);
     HAL_GPIO_WritePin(STEPPER_PIN3_PORT, STEPPER_PIN3_PIN, HAL_GPIO_PIN_RESET);
 }
 
 /**
   * @brief  测试：正转 90° → 停 → 反转 90° → 停，循环
   * @note   用于验证电机接线和驱动是否正常
   */
 void stepper_test(void)
 {
     /* 顺时针转 90° */
     stepper_rotate(90, 2);
     stepper_stop();
     HAL_Delay(500);
 
     /* 逆时针转 90° */
     stepper_rotate(-90, 2);
     stepper_stop();
     HAL_Delay(500);
 }

保存代码。

打开项目的 CMakeLists.txt 文件，将新增的驱动文件 stepmotor.c 添加至编译路径；

 # Stubs to be able to add compiler flag overrides, e.g. -Os
 target_sources(${CMAKE_PROJECT_NAME} PRIVATE
   # Add additional source files here
   stepmotor.c
 )

保存文件。

测试

修改 main.c 文件，添加如下代码

 int main(void)
 {
   if (mx_system_init() != SYSTEM_OK)
   {
     return (-1);
   }
   else
   {
     /* 初始化步进电机 */
     stepper_init();
     while (1)
     {
     /* 旋转测试 */
     printf("Stepper test: CW 90deg -> CCW 90deg...\r\n");
     stepper_test();
     }
   }
 }

保存代码，编译并上传固件。

复位开发板，运行程序；

步进电机正反交替旋转；

角度控制

进一步通过串口中断实现步进电机旋转角度和速度的精确控制。

流程图

代码

修改 main.c 代码如下

 #include "main.h"
 #include "stepmotor.h"
 #include <stdio.h>
 #include <string.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <stdbool.h>
 /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
 /* Private define ------------------------------------------------------------*/
 #define RX_TIMEOUT 10000U
 #define TX_TIMEOUT 1000U
 #define MAX_BUFFER_SIZE 128U
 /* Private macro -------------------------------------------------------------*/
 /* Private variables ---------------------------------------------------------*/
 volatile bool uart_rx_ready = false;
 uint8_t uart_rx_buf[MAX_BUFFER_SIZE] = {0};
 uint32_t uart_rx_len = 0;
 uint8_t rx_temp = 0;    /* 变量用于串口接收 */
 
 int target_angle = 0;
 uint32_t target_speed = 1;  /* 步间延时(ms) */
 /* Private functions prototype -----------------------------------------------*/
 
 int __io_getchar(void) {
   uint8_t ch = 0;
   HAL_UART_Receive(mx_usart2_uart_gethandle(), (uint8_t *)&ch, 1, 10000);
   return ch;
 }
 
 int __io_putchar(int ch) {
   HAL_UART_Transmit(mx_usart2_uart_gethandle(), (uint8_t *)&ch, 1, 100);
   return ch;
 }
 
 /**
   * @brief  UART 接收中断回调
   */
 void HAL_UART_RxCpltCallback(hal_uart_handle_t *huart, uint32_t size_byte, hal_uart_rx_event_types_t rx_event)
 {
   uint8_t ch = rx_temp;
   if (uart_rx_len < sizeof(uart_rx_buf) - 1)
   {
     uart_rx_buf[uart_rx_len++] = ch;
   }
   /* 收到换行符或大括号（JSON结束）标记接收完成 */
   if (ch == '\n' || ch == '}')
   {
     uart_rx_buf[uart_rx_len] = '\0';  /* 添加字符串结束符 */
     uart_rx_ready = true;
   }
   /* 继续接收下一个字节 */
   HAL_UART_Receive_IT(mx_usart2_uart_gethandle(), &rx_temp, 1);
 }
 
 /**
   * @brief  解析 JSON 命令并执行电机动作
 */
 static void parse_json_cmd(int *angle, uint32_t *speed)
 {
   char *p = (char *)uart_rx_buf;
   /* 解析两种格式：带空格和不带空格 */
   if (sscanf(p, "{\"angle\":%d,\"speed\":%lu}", angle, speed) != 2)
   {
     sscanf(p, "{\"angle\": %d, \"speed\": %lu}", angle, speed);
   }
 }
 /**
   * @brief  主程序
 */
 int main(void)
 {
   if (mx_system_init() != SYSTEM_OK)
   {
     return (-1);
   }
   else
   {
    /* 初始化步进电机 */
    stepper_init();
    printf("\r\n=== Stepper Motor JSON Command Test ===\r\n");
    printf("Usage: {\"angle\": 5, \"speed\": 1.2}\r\n");
    printf("angle>0 CW, angle<0 CCW, speed=ms/step\r\n\r\n");
 
    /* 启动 UART 中断接收 */
    HAL_UART_Receive_IT(mx_usart2_uart_gethandle(), &rx_temp, 1);
     while (1) {
         if (uart_rx_ready)
         {
           /* 解析指令 */
           parse_json_cmd(&target_angle, &target_speed);
           printf("OK: angle=%d, speed=%lu\r\n", target_angle, target_speed);
 
           /* 电机转动：正角度=顺时针，负角度=逆时针 */
           stepper_rotate(target_angle, (uint16_t)target_speed);
           stepper_stop();
 
           /* 清空接收缓冲区 */
           memset(uart_rx_buf, 0, sizeof(uart_rx_buf));
           uart_rx_len = 0;
           uart_rx_ready = false;
         }
 
         HAL_Delay(10);
     }
   }
 } /* end main */

保存代码。

效果

重新编译运行程序；

打开串口调试助手，根据提示输入 JSON 格式指令，如 {"angle": -90, "speed": 1} ，点击发送；

步进电机根据指令，以 1ms/step 的速度逆时针旋转 90 度；

总结

本文介绍了 Let's Do|2026年第3期活动，通过主控 NUCLEO-C562RE 开发板实现 28BYJ48 步进电机驱动和串口控制的项目设计，包括硬件连接、环境搭建、工程测试等流程，为后续项目的研究探索提供了参考。

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项目介绍

28BYJ-48

ULN2003

硬件连接

串口通信

工程创建

导入 IDE

代码

效果

电机驱动

stepmotor.h

stepmotor.c

测试

角度控制

代码

效果

总结

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