如何使用脉冲加方向方式对步进电机进行位置的自由控制
总体介绍
对步进电机的控制通常使用pwm控制，改变频率来控制速度，然后统计脉冲个数知道电机当前位置，可以很容易实现加减速规划，或者不考虑加减速平稳性，直接以小于最大启动速度的速度启动，发完给定个脉冲后直接关闭定时器。以上控制方式都没实现对步进电机的位置的自由控制，即让步进电机跟随任意位置曲线运动，此项目是为了实现步进电机的自由控制，能准确定位。可以使用编码器或者电位器作为控制器，用手拧编码器，步进电机可跟随一起运动，也可以按照函数曲线运动。
步进电机驱动
步进电机驱动器有很多种，如a4988、tmc2208等，常用的驱动方式是脉冲加方向，有的高端点的使用can、串口等方式控制。本篇介绍如何使用脉冲加方向方式对步进电机进行位置的自由控制！
控制原理
使用通信协议方式控制步进电机，可周期性同步位置到驱动器，实现位置的自由控制，脉冲加方向方式也可抽象为使用通信协议在与驱动器通信，只不过是使用增量方式在通信，通过对脉冲的累计得到目标位置。
程序使用两个定时器，一个中断频率为1k，用于周期采样目标位置，并计算当前速度，当前速度值用于修改另一个定时器中断频率，所以在第二个定时器中判断目标位置与当前位置的偏差，然后翻转电平，实现对脉冲发送，同时判断方向，对应控制方向控制io电平。
在其他函数中可给定任意形式的位置变化，根据采样定理，应该位置变化频率不大于500hz的都能被1k的定时器中断正常采样，由于发送脉冲需要以一定的频率发送，所以第二个定时器频率根据目标位置变化率而改变，可以让速度平滑，也可以减小cpu带宽占用。以此方式可实现对步进电机的自由控制，可使用编码器或函数随意控制电机！
代码分析
此程序可实现对多个步进电机的控制，以下是步进电机类
/*步进电机控制类*/
typedef struct
{
volatile unsigned long *gpio_dir; //电机方向控制gpio
volatile unsigned long *gpio_pluse; //电机脉冲gpio
int pluse_count;
int goal_position;
int last_position;
int cur_position;
int pos_bias;
int speed;
uint8_t status;
}stepmotor;
步进电机控制核心函数，由一个简易状态机组成，此函数放上面提到的第二个中断函数执行，先得到当前偏差，状态转换，再发脉冲
void stepmotorctrl(stepmotor *motor)
{
switch(motor->status)
{
case 0:
if(motor->goal_position != motor->cur_position) //扫描
{
motor->pos_bias = motor->goal_position - motor->cur_position; //得到偏差
motor->status = 1;
}
break;
case 1:
if(motor->pos_bias > 0)
{
motor->pluse_count ++;
*(motor->gpio_dir) = 1; //正方向
*(motor->gpio_pluse) = !*(motor->gpio_pluse);
if(motor->pluse_count == (motor->pos_bias * 2))
{
motor->cur_position += motor->pos_bias;
motor->pluse_count = 0;
motor->status = 0;
}
}
else
{
motor->pluse_count ++;
*(motor->gpio_dir) = 0; //负方向
*(motor->gpio_pluse) = !*(motor->gpio_pluse);
if(motor->pluse_count == ((-motor->pos_bias) * 2))
{
motor->cur_position += motor->pos_bias;
motor->pluse_count = 0;
motor->status = 0;
}
}
break;
default:
break;
}
}
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{
volatile unsigned long *gpio_dir; //电机方向控制gpio
volatile unsigned long *gpio_pluse; //电机脉冲gpio
int pluse_count;
int goal_position;
int last_position;
int cur_position;
int pos_bias;
int speed;
uint8_t status;
}stepmotor;
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void stepmotorctrl(stepmotor *motor)
{
switch(motor->status)
{
case 0:
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{
motor->pos_bias = motor->goal_position - motor->cur_position; //得到偏差
motor->status = 1;
}
break;
case 1:
if(motor->pos_bias > 0)
{
motor->pluse_count ++;
*(motor->gpio_dir) = 1; //正方向
*(motor->gpio_pluse) = !*(motor->gpio_pluse);
if(motor->pluse_count == (motor->pos_bias * 2))
{
motor->cur_position += motor->pos_bias;
motor->pluse_count = 0;
motor->status = 0;
}
}
else
{
motor->pluse_count ++;
*(motor->gpio_dir) = 0; //负方向
*(motor->gpio_pluse) = !*(motor->gpio_pluse);
if(motor->pluse_count == ((-motor->pos_bias) * 2))
{
motor->cur_position += motor->pos_bias;
motor->pluse_count = 0;
motor->status = 0;
}
}
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default:
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