前言本应用笔记讲解了当使用基于 cortex-M3 微控制器的 medium-density STM32F103xx 系列产品驱动双极步进电机时，怎样做到体积小、速度高、成本低、资源少。它提供一种简单的方法，实现全步进和半步进工作模式控制步进电机。
步进电机是一种机电设备，可将电脉冲转换为离散的机械步进运动。当以适当顺序施加电命令脉冲时，步进电机的轴将以离散步进旋转。当需要受控的运动时，步进电机是一个很好的选择。尤其是当应用需要控制旋转角、速度、位置和同步时，它们非常有用。
步进电机的主要优势在于它们不需要反馈器件；与其它运动控制系统相比，它们很便宜；它们有极佳的低速扭矩且很稳定。很多步进电机应用都得益于 STM32F10xxx 器件的功耗、特性及灵活性。包括机器人控制器、车床工具、摄影机及其它精确的轴位置控制环境。
" l. ]4 r* F; e' @* F9 [此外，STM32F10xxx 微控制器的高性能为设计者们提供了仅需控制器的很低计算资源，就可以稳定控制步进电机。
5 C5 P( h" ~7 X& Q7 ]" N9 M& V2 [# j- q& d本应用笔记给出了一个简单的方法来实现按照典型运行曲线运行 （先加速，再匀速，最后减速）的步进电机控制。用户可选择工作模式 （全步进或半步进）、电机的旋转方向 （顺时针或逆时针）、控制电流模式（快衰减或慢衰减）。此方法使用 medium-density STM32F103xx及 L6208 全集成两相步进电机驱动。此方法价格最低、实现最简单、使用的 CPU 负荷最小。

1 步进电机基础
1.1 步进电机类型
有三种基本的步进电机类型：
● 可变磁阻
● 永磁
● 混合
可变磁阻 （VR）电机类型已经存在了很长时间。从构造角度，它可能是最容易理解的。此类电机包含一个软铁多齿转子和一个绕线定子。当向定子绕组输入 DC 电流时，定子励磁为磁极，当转子的齿被吸到通电的定子磁极时，会发生旋转。
永磁（PM）电机类型向电机结构增加了永磁体。转子不像 VR 电机中那样有齿，而是磁化为交替的北极和南极，两极位置在与转子轴平行的直线上。这些磁化转子极提供了增强的磁通量密度，与 VR 类型相比，它为 PM 电机带来了更好的扭矩特性。
" a; }- `- N6 ^; P混合（HB）电机类型在步进分辨率、扭矩和速度方面有更好的性能。此类电机融合了 PM 和VR 步进电机这两种类型的最佳特性。与在 VR 电机中一样，转子是多齿的，在其转轴周围包含轴向磁化的同心磁。转子上的齿提供了更好的路径，有助于将磁通引导至气隙中的所需位置。与 VR 和 PM 电机类型相比，此特性增加了电机的制动、保持和动态磁通特性。
步进电机可为双极或单极绕组。
" t7 D; x& F9 j7 U3 [单极步进电机有两个相同的线圈，它们不做电连接，都有中心抽头。双线无感线圈组的任一端通电，共用中心抽头，则磁通反转。单极步进电机的优势在于它们仅需要一个切换开关。然而，它们需要双线无感线圈组，这意味着对于一个给定的体积因子，线更细，电阻更高。
除了线圈没有中心抽头外，双极步进电机与单极电机相同。对于双极电机，可使用 H 桥反转绕组的极性及通。双极步进电机的优势在于它们仅使用一个线圈，因此具有较好的体积因子 （较低的线圈电阻）。
单极电机仍被广泛使用，因为当与分立器件一起实现时，它们的驱动电路更简单。然而，对于现今的集成电路，驱动双极电机所需的元件也不比单极电机多。
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1.2 驱动信号
* ~' r4 X/ |! j' U( p3 F当供电时，直流电机可自行运行，而步进电机需要换向信号。
! q+ A: U. M: l9 x可使用不同模式驱动步进电机，包括全步进和半步进模式。通常全步进模式被全步进电机驱动使用。在此模式中，两个相位都一直被供电，电机具有全额定扭矩。此控制模式仅需四个矩形信号，也可由 PWM 生成 （在一步的时间内有固定的占空比）。取决于超前相位，电机轴会顺时针或逆时针旋转。
半步进模式更复杂一些。若使用了半步进驱动，则在每个时钟沿后，电机会前进半步，这样能得到更高的位置分辨率及降低不稳定性。
然而，在两种模式中，信号都以确定的方式互相相关，因此可用标准逻辑生成。较好的逻辑实现最好使用专业应用集成电路，当然芯片价格也很高。简单讲，专业应用集成电路包含内部转换电路，由步长和方向输入控制。 IC （集成电路）电机控制器仅有三种工作模式：全步进两相开、半步进、波形驱动。此类 IC 需要输入四个信号至控制器，它们由微电脑或其它专用控制芯片提供。此外，此解决方案需要一个功率驱动电路和一个微处理器，来产生不同电机的驱动控制信号。
一些已知应用需要能改变步进电机速度，以生成确定的速度曲线 （例如，一个典型的运行曲线）。在此情况下，在这三种可能的模式中，驱动步进电机的最好方式为软件解决方案，使用能代替任何其它控制器的微控制器电路。在基于微控制器的应用中，可使用软件和 PWM 定时器，因此不需要外部控制器。
使用此方法可用最少的硬件及非常低的微控制器 CPU 负荷实现高速应用。

" _+ O0 t+ l; w& x  y# W% ?6 S2 使用中密度 STM32F103xx 驱动双极步进电机
本章说明了如何根据图 2 中所示的典型运行曲线，使用 medium-density STM32F103xx 来驱动全步进和半步进模式的步进电机。
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图 2. 典型运行曲线
5 `2 m5 u; l& ]根据图 2，步进电机从速度 V0 加速至速度 V1 ，在此速度保持时间 T。之后，电机减速至初始速度 V0。速度曲线在加速和减速期间的斜率相同。

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