RISC-V MCU开发实战(四) ：步进电机

软件平台: MounRiver Studio(MRS)，硬件平台: CH32V103开发板、ULN2003步进电机驱动板、28BYJ-48步进电机，使用GPIO进行步进电机控制。

1.ULN2003和28BYJ-48简介

ULN2003是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN 复合晶体管组成，每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻，在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。

ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。

输入5VTTL电平，输出可达500mA/50V。
ULN2003是高耐压、大电流达林顿系列,由七个硅NPN达林顿管组成。 该电路的特点如下: ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路 直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。

关于步进电机，此处所用电机型号为28BYJ-48（步进电机），减速比为1:64，步进脚为5.625/64度，如果需要转动转动一圈，那么需要 360/5.625*64=4096 个脉冲信号。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行设备。步进电机驱动信号为脉冲信号，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。

我们可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时我们可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的

2.硬件连接
CH32V103开发板与ULN2003步进电机驱动板的连接方式如下：
PB6连接驱动板的IN1引脚
PB7连接驱动板的IN2引脚
PB8连接驱动板的IN3引脚
PB9连接驱动板的IN4引脚

3.MRS中开发流程
1）首先新建一个CH32V103C8T6 的工程，这个要与对应芯片对应

上图最下方红框中是对选中芯片的资源的简单介绍，方便查询

2) 新建完工程之后，我们打开main.c文件，可以看到主函数只是一些初始化和串口打印，我们自己的主函数逻辑可以添加在打印下面就可以了；
3) 新建一个hardware的文件夹，右键工程new->folder,填写文件名，点击finish即可，我们可以以同样的方式在hardware目录下再新建SD目录，SPI目录，条理清晰。
4) 在SPI目录下，New>Source File，填写文件名gpio.c，内容是电机初始化函数以及调速转向停止函数，在新建个gpio.h文件用来声明函数，这个新的头文件需要添加到头文件寻址路径中，点击菜单栏工程属性配置按钮，在弹出的页面中，如下图，点击绿色加号添加路径即可

驱动代码如下:

#include "gpio.h"
#include "debug.h"

//#define N 4
#define N 8

//步进电机正反转数组  数组的值，即对应GPIO引脚的值
//单四拍
//uint16_t phasecw[4] ={0x0200,0x0100,0x0080,0x0040};// D-C-B-A.（9-8-7-6）
//uint16_t phaseccw[4]={0x0040,0x0080,0x0100,0x0200};// A-B-C-D.（6-7-8-9）

////双四拍
//uint16_t phasecw[4] ={0x0300,0x0180,0x00C0,0x0240};// DC-CB-BA-AD.
//uint16_t phaseccw[4]={0x00C0,0x0180,0x0300,0x0240};// AB-BC-CD-DA.

//四相八拍
uint16_t phasecw[8] ={0x0200,0x0300,0x0100,0x0180,0x0080,0x00C0,0x0040,0x0240};// D-DC-C-CB-B-BA-A-AB.
uint16_t phaseccw[8]={0x0040,0x00C0,0X0080,0x0180,0x0100,0x0300,0x0200,0x0240};// A-AB-B-BC-C-CD-D-DA.

//电机初始化函数
void Moto_Init(void)
{
    //步进电机初始化
    // IN1: PB6   a
    // IN2: PB7   b
    // IN3: PB8   c
    // IN4: PB9   d
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9 ;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

    GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 |GPIO_Pin_8 |GPIO_Pin_9 );
}

//电机正转函数
//其中，speed的值越大，速度越慢，值越小，速度越快，speed相当于调节脉冲速度
//转动速度和脉冲频率成正比，在此处，延时越小，频率越高
void Motorcw(u8 speed)
{
    uint8_t i=0;

    for(i=0;i<N;i++)
    {
        GPIO_Write(GPIOB,phasecw[i]);
        Delay_Ms(speed);
    }
}

//电机反转函数
void Motorccw(u8 speed)
{
    uint8_t i;
    for(i=0;i<N;i++)
    {
        GPIO_Write(GPIOB,phaseccw[i]);
        Delay_Ms(speed);
    }
}

//电机停止函数
void MotorStop(void)
{
    //GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 |GPIO_Pin_8 |GPIO_Pin_9 );
    GPIO_Write(GPIOB,0x0000);
}

//电机正转角度
void Motorcw_angle(int angle,int speed)
{
    int i,j;
    j=(int)(angle/0.70312);
    for(i=0;i<j;i++)
    {
        Motorcw(speed);
    }
}

//电机反转角度
void Motorccw_angle(int angle,int speed)
{
    int i,j;
    j=(int)(angle/0.70312);
    for(i=0;i<j;i++)
    {
        Motorccw(speed);
    }
}

主函数可以调用我们驱动中的正反转函数来说实现想要的功能

int main(void)
{

    USART_Printf_Init(115200);
    Moto_Init();
    Delay_Init();

    printf("This is Stepper motor driver\r\n");

    Motorcw_angle(360,5);   //步进电机正转角度函数
    MotorStop();
    Delay_Ms(1000);

    Motorccw_angle(360,5);  //步进电机反转角度函数
    MotorStop();
    Delay_Ms(1000);

}

代码编辑完成，点击菜单栏编译按钮，在console窗口查看编译结果，无错误，就可以进入到调试去验证逻辑，点击菜单栏调试按钮，如果运行现象和理论不一致，可以通过左下角反汇编窗口，断点，外设寄存器，内核寄存器这几个窗口来配合查找逻辑BUG

小提示，当程序运行到 HardFault_Handler 函数，可以观察Rregister窗口的mepc，mtval,mcause三个寄存器，分别代表，进入硬件错误中断前的pc,cpu取到的值，以及进入异常的原因。

4.验证
将编译好的程序下载到开发版并复位，通过逻辑分析仪对这几个GPIO引脚进行波形采集，具体如下图。将开发板、步进电机驱动板、步进电机连接起来，可看到电机进行正反转。