关于梯形算法的原理查看：AVR446: Linear speed control of stepper motor
里面有原理和代码（库函数版F4）废话不多说直接上链接：梯形算法驱动步进电机.zip-嵌入式文档类资源-CSDN下载步进电机梯形算法更多下载资源、学习资料请访问CSDN下载频道.https://download.csdn.net/download/m0_61687959/37365685
驱动头文件：
#ifndef __BSP_ADVANCETIME_H #define __BSP_ADVANCETIME_H #include "stm32f4xx.h" #define CW 0 #define CCW 1 #define TRUE 1 #define FALSE 0 #define Pulse_width 20 //系统状态 struct GLOBAL_FLAGS { //当步进电机正在运行时，值为1 unsigned char running:1; //当串口接收到数据时，值为1 unsigned char cmd:1; //当驱动器正常输出时,值为1 unsigned char out_ena:1; }; extern struct GLOBAL_FLAGS status; extern int stepPosition; #define T1_FREQ 1000000 //定时器频率 #define FSPR 200 //步进电机单圈步数 #define SPR (FSPR*16) //16细分的步数 // 数学常数。 用于MSD_Move函数的简化计算 #define ALPHA (2*3.14159/SPR) // 2*pi/spr #define A_T_x100 ((long)(ALPHA*T1_FREQ*100)) // (ALPHA / T1_FREQ)*100 #define T1_FREQ_148 ((int)((T1_FREQ*0.676)/100)) // divided by 100 and scaled by 0.676 #define A_SQ (long)(ALPHA*2*10000000000) // #define A_x20000 (int)(ALPHA*20000) // ALPHA*20000 //速度曲线状态 #define STOP 0 #define ACCEL 1 #define DECEL 2 #define RUN 3 typedef struct { //电机运行状态 unsigned char run_state : 3; //电机运行方向 unsigned char dir : 1; //下一个脉冲延时周期，启动时为加速度速率 unsigned int step_delay; //开始减速的位置 unsigned int decel_start; //减速距离 signed int decel_val; //最小延时（即最大速度） signed int min_delay; //加速或者减速计数器 signed int accel_count; } speedRampData; // 当使用不同的定时器的时候，对应的GPIO是不一样的，这点要注意 // 这里我们使用定时器TIM4 #define MSD_PULSE_TIM TIM4 #define MSD_PULSE_TIM_APBxClock_FUN RCC_APB1PeriphClockCmd #define MSD_PULSE_TIM_CLK RCC_APB1Periph_TIM4 // 定时器输出PWM通道，PA0是通道1 #define MSD_PULSE_OCx_Init TIM_OC2Init #define MSD_PULSE_OCx_PreloadConfig TIM_OC2PreloadConfig // 定时器中断 #define MSD_PULSE_TIM_IRQ TIM4_IRQn #define MSD_PULSE_TIM_IRQHandler TIM4_IRQHandler // PWM 信号的频率 F = TIM_CLK/{(ARR+1)*(PSC+1)} #define MSD_PULSE_TIM_PERIOD (72-1) #define MSD_PULSE_TIM_PSC 149//719//(180-1) // 步进电机脉冲输出通道 #define MSD_PULSE_AHBxClock_FUN RCC_AHB1PeriphClockCmd #define MSD_PULSE_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOD #define MSD_PULSE_PORT GPIOD #define MSD_PULSE_PIN GPIO_Pin_13 #define MSD_PULSE_PIN_AF GPIO_AF_TIM4 #define MSD_PULSE_PIN_SOURCE GPIO_PinSource13 // 步进电机方向控制 #define MSD_DIR_AHBxClock_FUN RCC_AHB1PeriphClockCmd #define MSD_DIR_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOD #define MSD_DIR_PORT GPIOD #define MSD_DIR_PIN GPIO_Pin_12 // 步进电机输出使能引脚 #define MSD_ENA_AHBxClock_FUN RCC_AHB1PeriphClockCmd #define MSD_ENA_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOD #define MSD_ENA_PORT GPIOD #define MSD_ENA_PIN GPIO_Pin_14 #define DIR(a) if (a == CW) \ GPIO_ResetBits(MSD_DIR_PORT,MSD_DIR_PIN);\ else \ GPIO_SetBits(MSD_DIR_PORT,MSD_DIR_PIN) /**************************函数声明********************************/ void MSD_Init(void); void MSD_ENA(FunctionalState NewState); void MSD_Move(signed int step, unsigned int accel, unsigned int decel, unsigned int speed); #endif驱动代码：
#include "MicroStepDriver.h" #include <stdio.h> #include <math.h> //系统加减速参数 speedRampData srd; //记录步进电机的位置 int stepPosition = 0; //系统电机、串口状态 struct GLOBAL_FLAGS status = {FALSE, FALSE,TRUE}; /** * @brief 定时器中断优先级配置 * @param 无 * @retval 无 */ static void TIM_NVIC_Config(void) { NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; // 设置中断组为0 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0); // 设置中断来源 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = MSD_PULSE_TIM_IRQ; // 设置抢占优先级 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 设置子优先级 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); } /** * @brief 初始化电机驱动用到的引脚 * @param 无 * @retval 无 */ static void MSD_GPIO_Config(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //电机脉冲输出 GPIO 初始化 MSD_PULSE_AHBxClock_FUN(MSD_PULSE_GPIO_CLK, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = MSD_PULSE_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(MSD_PULSE_PORT, &GPIO_InitStructure); /* 连接 PXx 到 定时器输出通道*/ GPIO_PinAFConfig(MSD_PULSE_PORT,MSD_PULSE_PIN_SOURCE,MSD_PULSE_PIN_AF); //电机方向输出 GPIO 初始化 MSD_DIR_AHBxClock_FUN(MSD_DIR_GPIO_CLK, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = MSD_DIR_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(MSD_DIR_PORT, &GPIO_InitStructure); GPIO_ResetBits(MSD_DIR_PORT,MSD_DIR_PIN); //电机使能输出 GPIO 初始化 MSD_ENA_AHBxClock_FUN(MSD_ENA_GPIO_CLK, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = MSD_ENA_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(MSD_ENA_PORT, &GPIO_InitStructure); GPIO_ResetBits(MSD_ENA_PORT,MSD_ENA_PIN); } ///* // * 注意：TIM_TimeBaseInitTypeDef结构体里面有5个成员，TIM6和TIM7的寄存器里面只有 // * TIM_Prescaler和TIM_Period，所以使用TIM6和TIM7的时候只需初始化这两个成员即可， // * 另外三个成员是通用定时器和高级定时器才有. // *----------------------------------------------------------------------------- // *typedef struct // *{ TIM_Prescaler 都有 // * TIM_CounterMode TIMx,x[6,7]没有，其他都有 // * TIM_Period 都有 // * TIM_ClockDivision TIMx,x[6,7]没有，其他都有 // * TIM_RepetitionCounter TIMx,x[1,8,15,16,17]才有 // *}TIM_TimeBaseInitTypeDef; // *----------------------------------------------------------------------------- // */ /* ---------------- PWM信号 周期和占空比的计算--------------- */ // ARR ：自动重装载寄存器的值 // CLK_cnt：计数器的时钟，等于 Fck_int / (psc+1) = 180M/(psc+1) // PWM 信号的周期 T = (ARR+1) * (1/CLK_cnt) = (ARR+1)*(PSC+1) / 72M // 占空比P=CCR/(ARR+1) static void TIM_Mode_Config(void) { // 开启定时器时钟,即内部时钟CK_INT=180M MSD_PULSE_TIM_APBxClock_FUN(MSD_PULSE_TIM_CLK,ENABLE); /*--------------------时基结构体初始化-------------------------*/ TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure); // 自动重装载寄存器的值，累计TIM_Period+1个周期后产生一个更新或者中断 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=MSD_PULSE_TIM_PERIOD; // 驱动CNT计数器的时钟 = Fck_int/(psc+1) TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= MSD_PULSE_TIM_PSC; // 时钟分频因子 ，配置死区时间时需要用到 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; // 计数器计数模式，设置为向上计数 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; // 重复计数器的值，最大值为255 //TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0; // 初始化定时器 TIM_TimeBaseInit(MSD_PULSE_TIM, &TIM_TimeBaseStructure); /*--------------------输出比较结构体初始化-------------------*/ TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; // 配置为PWM模式2 TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; // 输出使能 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; // 互补输出禁能 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Disable; // 设置占空比大小 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = MSD_PULSE_TIM_PERIOD/2; // 输出通道电平极性配置 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; // 输出通道空闲电平极性配置 TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset; MSD_PULSE_OCx_Init(MSD_PULSE_TIM, &TIM_OCInitStructure); //使能TIM4_CH2预装载寄存器 MSD_PULSE_OCx_PreloadConfig(MSD_PULSE_TIM, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM1预装载寄存器 TIM_ARRPreloadConfig(MSD_PULSE_TIM, ENABLE); //设置中断源，只有溢出时才中断 TIM_UpdateRequestConfig(MSD_PULSE_TIM,TIM_UpdateSource_Regular); // 清除中断标志位 TIM_ClearITPendingBit(MSD_PULSE_TIM, TIM_IT_Update); // 使能中断 TIM_ITConfig(MSD_PULSE_TIM, TIM_IT_Update, ENABLE); // 使能计数器 TIM_Cmd(MSD_PULSE_TIM, DISABLE); } /** * @brief 初始化电机相关的外设 * @param 无 * @retval 无 */ void MSD_Init(void) { MSD_GPIO_Config(); TIM_NVIC_Config(); TIM_Mode_Config(); } /** * @brief 驱动器紧急停止 * @param NewState：使能或者禁止 * @retval 无 */ void MSD_ENA(FunctionalState NewState) { if(NewState) { //ENA失能，禁止驱动器输出 GPIO_SetBits(MSD_ENA_PORT,MSD_ENA_PIN); //紧急停止标志位为真 status.out_ena = FALSE; printf("\n\r驱动器禁止输出（脱机状态）此时电机为无保持力矩状态，可以手动旋转电机"); } else { //ENA使能 GPIO_ResetBits(MSD_ENA_PORT,MSD_ENA_PIN); //紧急停止标志位为假 status.out_ena = TRUE; printf("\n\r驱动器恢复运行，此时电机为保持力矩状态，此时串口指令可以正常控制电机"); } } /*! \brief 以给定的步数移动步进电机 * 通过计算加速到最大速度，以给定的步数开始减速 * 如果加速度和减速度很小，步进电机会移动很慢，还没达到最大速度就要开始减速 * \param step 移动的步数 (正数为顺时针，负数为逆时针). * \param accel 加速度,如果取值为100，实际值为100*0.01*rad/sec^2=1rad/sec^2 * \param decel 减速度,如果取值为100，实际值为100*0.01*rad/sec^2=1rad/sec^2 * \param speed 最大速度,如果取值为100，实际值为100*0.01*rad/sec=1rad/sec */ void MSD_Move(signed int step, unsigned int accel, unsigned int decel, unsigned int speed) { step = -step; //达到最大速度时的步数. unsigned int max_s_lim; //必须开始减速的步数(如果还没加速到达最大速度时)。 unsigned int accel_lim; // 根据步数的正负来判断方向 if(step < 0)//逆时针 { srd.dir = CCW; step = -step; } else//顺时针 { srd.dir = CW; } // 输出电机方向 DIR(srd.dir); // 配置电机为输出状态 //status.out_ena = TRUE; // 如果只移动一步 if(step == 1) { // 只移动一步 srd.accel_count = -1; // 减速状态 srd.run_state = DECEL; // 短延时 srd.step_delay = 1000; // 配置电机为运行状态 status.running = TRUE; //设置定时器重装值 TIM_SetAutoreload(MSD_PULSE_TIM,Pulse_width); //设置占空比为50% TIM_SetCompare2(MSD_PULSE_TIM,Pulse_width>>1); //使能定时器 TIM_Cmd(MSD_PULSE_TIM, ENABLE); } // 步数不为零才移动 else if(step != 0) { accel = accel*100; decel = decel*100; speed = speed*100; // 我们的驱动器用户手册有详细的计算及推导过程 // 设置最大速度极限, 计算得到min_delay用于定时器的计数器的值。 // min_delay = (alpha / tt)/ w srd.min_delay = A_T_x100 / speed; // 通过计算第一个(c0) 的步进延时来设定加速度，其中accel单位为0.01rad/sec^2 // step_delay = 1/tt * sqrt(2*alpha/accel) // step_delay = ( tfreq*0.676/100 )*100 * sqrt( (2*alpha*10000000000) / (accel*100) )/10000 srd.step_delay = (T1_FREQ_148 * sqrt(A_SQ / accel))/100; // 计算多少步之后达到最大速度的限制 // max_s_lim = speed^2 / (2*alpha*accel) max_s_lim = (long)speed*speed/(long)(((long)A_x20000*accel)/100); // 如果达到最大速度小于0.5步，我们将四舍五入为0 // 但实际我们必须移动至少一步才能达到想要的速度 if(max_s_lim == 0) { max_s_lim = 1; } // 计算多少步之后我们必须开始减速 // n1 = (n1+n2)decel / (accel + decel) accel_lim = ((long)step*decel) / (accel+decel); // 我们必须加速至少1步才能才能开始减速. if(accel_lim == 0) { accel_lim = 1; } // 使用限制条件我们可以计算出第一次开始减速的位置 //srd.decel_val为负数 if(accel_lim <= max_s_lim) { srd.decel_val = accel_lim - step; } else { srd.decel_val = -(long)(max_s_lim*accel/decel); } // 当只剩下一步我们必须减速 if(srd.decel_val == 0) { srd.decel_val = -1; } // 计算开始减速时的步数 srd.decel_start = step + srd.decel_val; // 如果最大速度很慢，我们就不需要进行加速运动 if(srd.step_delay <= srd.min_delay) { srd.step_delay = srd.min_delay; srd.run_state = RUN; } else { srd.run_state = ACCEL; } // 复位加速度计数值 srd.accel_count = 0; status.running = TRUE; //设置定时器重装值 TIM_SetAutoreload(MSD_PULSE_TIM,Pulse_width); //设置占空比为50% TIM_SetCompare2(MSD_PULSE_TIM,Pulse_width>>1); //使能定时器 TIM_Cmd(MSD_PULSE_TIM, ENABLE); } } /** * @brief 根据运动方向判断步进电机的运行位置 * @param inc 运动方向 * @retval 无 */ void MSD_StepCounter(signed char inc) { //根据方向判断电机位置 if(inc == CCW) { stepPosition++; } else { stepPosition--; } } /** * @brief 产生脉冲定时器的中断响应程序，每走一步都会计算运动状态 * @param 无 * @retval 无 */ void MSD_PULSE_TIM_IRQHandler(void) { // 保存下一个延时周期 unsigned int new_step_delay; // 加速过程中最后一次延时. static int last_accel_delay; // 移动步数计数器 static unsigned int step_count = 0; // 记录new_step_delay中的余数，提高下一步计算的精度 static signed int rest = 0; if (TIM_GetITStatus(MSD_PULSE_TIM, TIM_IT_Update) != RESET) { /* Clear MSD_PULSE_TIM Capture Compare1 interrupt pending bit*/ TIM_ClearITPendingBit(MSD_PULSE_TIM, TIM_IT_Update); MSD_PULSE_TIM->CCR4=srd.step_delay >> 1;//周期的一半 MSD_PULSE_TIM->ARR=srd.step_delay; //如果禁止输出，电机则停止运动 if(status.out_ena != TRUE) { srd.run_state = STOP; } switch(srd.run_state) { case STOP: step_count = 0; rest = 0; MSD_PULSE_TIM->CCER &= ~(1<<12); //禁止输出 TIM_Cmd(MSD_PULSE_TIM, DISABLE); status.running = FALSE; break; case ACCEL: MSD_PULSE_TIM->CCER |= 1<<12; //使能输出 MSD_StepCounter(srd.dir); step_count++; srd.accel_count++; new_step_delay = srd.step_delay - (((2 * (long)srd.step_delay) + rest)/(4 * srd.accel_count + 1)); rest = ((2 * (long)srd.step_delay)+rest)%(4 * srd.accel_count + 1); //检查是够应该开始减速 if(step_count >= srd.decel_start) { srd.accel_count = srd.decel_val; srd.run_state = DECEL; } //检查是否到达期望的最大速度 else if(new_step_delay <= srd.min_delay) { last_accel_delay = new_step_delay; new_step_delay = srd.min_delay; rest = 0; srd.run_state = RUN; } break; case RUN: MSD_PULSE_TIM->CCER |= 1<<12; //使能输出 MSD_StepCounter(srd.dir); step_count++; new_step_delay = srd.min_delay; //检查是否需要开始减速 if(step_count >= srd.decel_start) { srd.accel_count = srd.decel_val; //以最后一次加速的延时作为开始减速的延时 new_step_delay = last_accel_delay; srd.run_state = DECEL; } break; case DECEL: MSD_PULSE_TIM->CCER |= 1<<12; //使能输出 MSD_StepCounter(srd.dir); step_count++; srd.accel_count++; new_step_delay = srd.step_delay - (((2 * (long)srd.step_delay) + rest)/(4 * srd.accel_count + 1)); rest = ((2 * (long)srd.step_delay)+rest)%(4 * srd.accel_count + 1); //检查是否为最后一步 if(srd.accel_count >= 0){ srd.run_state = STOP; } break; } srd.step_delay = new_step_delay; } }main.c
#include "sys.h" #include "delay.h" #include "led.h" #include "stm32f4xx.h" #include "MicroStepDriver.h" #include "usart.h" #include "MSD_test.h" int main(void) { LED_Init(); NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2 delay_init(168); //初始化延时函数 //Debug_USART_Config();//初始化串口波特率为115200 MSD_Init();//步进电机初始化 MSD_Move(6400,3200,3200,2000); delay_ms(2000); MSD_Move(-6400,3200,3200,2000); delay_ms(2000); while(1) { GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_9);//GPIOB9,设置高，灯灭 delay_ms(100); GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_9);//GPIOB9,设置低，灯亮 delay_ms(100); } }主函数
MSD_Move(signed int step, unsigned int accel, unsigned int decel, unsigned int speed)；
MSD_Move(steps,accel,decel,speed)对应参数(脉冲，加速度，减速度，最大速度)；
为了让代码的运行速度提高，尽量避免浮点运算。因此为了提高计算精度，我们
需要将一些数据进行放大后再进行运算。速度、加速度、减速度乘 100。如MSD_Move(-6400,3200,3200,2000);以加速度32rad/sec^2、减速度32rad/sec^2、最大速度20rad/sec向负方向运行6400步长（正负代表运动方向）。
LED灯闪烁代表程序运行
