使用 ULN2003 驱动 28BYJ-48 步进电机。

要用一个步进电机测试东西，不过需求来的比较突然手边也没有像是A4988或TMC2209这种硬件驱动，于是就用别人的ULN2003驱动和28BYJ-48步进电机来做了，正好给学弟大概说下如何驱动步进电机。

基本概念

• 步进电机：将输入的脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度。

  可以通过控制脉冲频率，来控制电机转动的速度和加速度。

• 从这个电机的名字入手28BYJ-48： 28表示电机直径28mm，B代表步进电机，Y代表永磁式步进电机PM，J代表减速型电机带减速箱，48表示四相八拍。

• 转子：最中间标注为0～5的六个齿。顾名思义，它是要转动的。转子的每个齿上都带有永久的磁性，是一块永磁体，这就是永磁式。
• 定子：外圈的8个齿。它是保持不动的，跟电机的外壳固定在一起。每个齿上都缠上了一个线圈绕组，正对着的2个齿上的绕组又是串联在一起的，也就是说正对着的2个绕组总是会同时导通或关断的，如此就形成了4相，即图中标注的ABCD，相对的2个齿是1相。四项五线多吃来那条线是电源线。
• 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数。一拍就是一个脉冲信号。

  以四相电机为例，四相四拍为 AB-BC-CD-DA(-AB...), 四相八拍为 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA(-A...)

• 步距角(步进角)：每接收到一个脉冲信号步进电机转动的角度。

  步距角 = 360° / (定子齿数 * 运行拍数)

​ 以八拍运行为例，电机主轴的步距角度为： 360/(8*8)=5.625。再除以减速比64，得到输出轴的步距角5.625/64=0.087890625。八拍运行俗称半步，对应四拍运行则为整步。

​ 查到步距角参数，也可以反推需要360/5.625=64个脉冲信号转子才会转动1圈，（因为带减速箱结构所以需要再乘上减速比）64*64=4096个脉冲信号电机主轴才会转1圈。

• 齿轮减速比：这款为1:64。即内部转子转动64圈，外部输出主轴才转动1圈。于是就是需要64×64=4096个拍数才会让输出轴转过1圈。
• 空载启动频率：这款步进电机是550P.P.S。即每秒最多给出550个步进脉冲数才可以正常启动，需要单个节拍持续时间(或节拍的刷新时间)至少为1/550=1.8ms

  当脉冲频率高于启动频率，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。

• 如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）
• 保持转矩：步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。
• 细分（角度细分）：一般由硬件驱动器完成。如果主轴转1圈需要200个脉冲，那么2细分就是转1圈需要400个脉冲。细分是通过影响电机的步距角来影响转角和转速。

了解完了基本信息和原理之后

• 可以得出转动一个角度的公式

​ 转动角度所需输出步数 = (角度 * 减速比) * (定子齿数 * 运行拍数) / 360°

• 转速的公式

  转速(转/秒) = 脉冲频率(HZ) / (360 / 步距角 * 细分倍数)

  例如设置PWM波的频率为1kHz（1秒1000个脉冲），42步进电机的步距角是1.8°，在没有细分的情况下，转速为1000/(360/1.8*1)=5rad/s，即5*60=300rpm

• 八拍模式是这类4相步进电机的最佳工作模式。八拍相较于四拍除了能使转动精度增加一倍，也能增加电机的整体扭力输出。

  除了单四拍和八拍的工作模式外，还有双四拍(双绕组通电四节拍)。双四拍步进角度同单四拍是一样的，但由于它是两个绕组同时导通，所以扭矩会比单四拍模式大。

28BYJ-48的减速比精度问题

然而实际数一下每个齿轮的齿数，然后将各级减速比相乘，算出的真实的减速比应该为 (32/9)(22/11)(26/9)(31/10)≈63.683950617 并非1:64整。

按真实减速比计算，需要64x63.68...≈4075.7拍主轴才会完整转过一圈。要是按1:64错误地计算那么每转过100.5圈就会使主轴差出来半圈。

后来查了下在实际应用中， 28BYJ-48最初的设计目的是用来控制空调的扇叶的，转动的角度也小于180度，也就不需要很高的精度。

代码

/********************************** DEFINE **********************************/
#define MOTOR_PORT    GPIOA
#define MOTOR_IN1    GPIO_PIN_4
#define MOTOR_IN2    GPIO_PIN_5
#define MOTOR_IN3    GPIO_PIN_6
#define MOTOR_IN4    GPIO_PIN_7

#define IN1_HIGH    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_PORT, MOTOR_IN1, GPIO_PIN_SET);
#define IN1_LOW        HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_PORT, MOTOR_IN1, GPIO_PIN_RESET);
#define IN2_HIGH    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_PORT, MOTOR_IN2, GPIO_PIN_SET);
#define IN2_LOW        HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_PORT, MOTOR_IN2, GPIO_PIN_RESET);
#define IN3_HIGH    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_PORT, MOTOR_IN3, GPIO_PIN_SET);
#define IN3_LOW        HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_PORT, MOTOR_IN3, GPIO_PIN_RESET);
#define IN4_HIGH    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_PORT, MOTOR_IN4, GPIO_PIN_SET);
#define IN4_LOW        HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_PORT, MOTOR_IN4, GPIO_PIN_RESET);

/******************************** FUNCTION ********************************/
/*
 * @function:   八拍驱动
 * @notion:     28BYJ-48步进电机delay最小为2ms
 */
static void Phase8_Single(uint8_t step, uint8_t delay)
{
    switch (step) {
        case 0:    IN1_LOW;IN2_HIGH; IN3_HIGH; IN4_HIGH;    break;
        case 1:    IN1_LOW; IN2_LOW; IN3_HIGH; IN4_HIGH;    break;
        case 2:    IN1_HIGH; IN2_LOW; IN3_HIGH; IN4_HIGH;    break;
        case 3:    IN1_HIGH; IN2_LOW; IN3_LOW; IN4_HIGH;    break;
        case 4:    IN1_HIGH; IN2_HIGH; IN3_LOW; IN4_HIGH;    break;
        case 5:    IN1_HIGH; IN2_HIGH; IN3_LOW; IN4_LOW;    break;
        case 6:    IN1_HIGH; IN2_HIGH; IN3_HIGH; IN4_LOW;    break;
        case 7:    IN1_LOW; IN2_HIGH; IN3_HIGH; IN4_LOW;    break;
        default :    break;
    }
    HAL_Delay(delay);
}

/*
 * @function:   转动指定角度
 * @param:        dir: 0为正转 1为反转
 * @notion:     28BYJ-48步进电机delay最小为2ms
 */
void SteppingMotor_TurnAngle(float angle, uint8_t delay)
{
    // 转动角度所需输出步数 = (角度 * 减速比) * (定子齿数 * 运行拍数) / 360°
//    float tmp = angle * 4096.0f / 360.0f;                            // 减速比1:64
    float tmp = fabsf(angle) * 283712.0f / 4455.0f * 8.0f / 45.0f;    // 减速比1:63.684
    uint16_t steps = (uint16_t)tmp;
    
    if (angle > 0) {
        for (uint16_t i = steps; i > 0; i -- ) {
            Phase8_Single(i % 8, delay);
        }
    } else {
        for (uint16_t i = steps; i > 0; i -- ) {
            Phase8_Single(abs(i % 8 - 7), delay);
        }
    }
}

_Single(i % 8, delay);

    }
} else {
    for (uint16_t i = steps; i > 0; i -- ) {
        Phase8_Single(abs(i % 8 - 7), delay);
    }
}

}