【STM32U3 评测】步进电机驱动

本文介绍了 NUCLEO-U3C5ZI-Q 开发板结合 TMC2209 驱动器、STM32CubeMX 和 CubeIDE，实现 42 步进电机驱动和旋转的项目设计，包括环境搭建、工程创建、关键代码、流程图、效果演示等。

项目介绍

Nucleo-U3C5ZI-Q 开发板结合 TMC2209 驱动板实现 42 步进电机驱动和旋转测试。

• 准备工作：步进电机参数、环境搭建、硬件连接等；
• 工程创建：流程图、工程配置、工程代码等；
• 工程测试：工程编译、固件上传、效果演示等。

丝杆步进电机

采用 NIDEC 尼得科 8mm 步进电机。

尼得科 MSHN 两相 PM（永磁）型步进电机，聚焦微型精密传动场景，适配对安装空间和功耗要求严苛的电子设备。用于精密设备，尺寸直径 6 - 8mm、长度 4 - 8mm。重量 1 - 3g ，符合 REACH 和 RoHS 环保标准。

参数

参数	数值
类型	2 相 4 线
步距角	18°
额定电压	3 - 5V
额定电流	0.12A/相
电阻	35 - 45Ω/相
电感	30mH/相
保持扭矩	0.15 - 0.2 mN·cm
机身	Φ8mm, H8.5mm

详见：PM型步进电机（轴/螺杆型） | NIDEC（尼得科） .

引脚定义

转接板设计

为了使用杜邦线连接，绘制 1.5mm 转 2.54mm 转接板

适配步进电机 1.5mm 排针间距，转为常用的 2.54mm 排针，便于杜邦线连接、调试等操作；

采用 0.8mm 板厚，以适配步进电机接口排针长度。

PCB 工程详见：微型丝杠步进电机转接板 .

环境搭建

• 下载并安装 STM32CubeProgrammer 软件；
• 下载并安装 STM32CubeMX 软件；
• 下载并安装 STM32CubeIDE 软件；

详见：【STM32U3 评测】介绍、环境搭建、工程测试 .

硬件连接

NUCLEO-U3C5ZI-Q 与 TMC2209 驱动板的接线方式如下

TMC2209	NUCLEO-U3C5ZI-Q	Note
Dir	PB10	Direction
Step	PC6	Step pulse
EN	PE13	Enable
GND	GND	Ground
VIO	3V3	Power

TMC2209 与步进电机的接线方式如下

42步进电机	TMC2209	Note
B-	2B	B phase
B+	2A	B phase
A+	1A	A phase
A-	1B	A phase

实物图

流程图

工程创建

• 打开 STM32CubeMX 软件，选择从开发板创建工程；

• 在 Board 标签下搜索并选择 NUCLEO-U3C5ZI-Q 型号开发板；
• 右下方选中目标开发板，点击右上角 Start Project 按钮，进入 CubeMX 配置界面；

• 在引脚配置标签页下，左侧工具目录展开 System Core，选中 GPIO；
• 在右侧图形引脚下方搜索 PE13 ，将其设置为 GPIO 输出模式，同时配置标签为 EN_PIN ；
• 同理，将 PC6 和 PB10 引脚设置为 GPIO 输出模式，配置标签分别为 STEP_PIN 和 DIR_PIN ；

• 点击上方 Clock 标签配置时钟参数，这里使用默认值；

• 点击上方 Project Manager 标签，设置工程名称、路径、工具栏等，这里使用 STM32CubeIDE 加载工程；

  

• 点击右上角 GENERATE CODE 按钮，生成并打开工程。

  

• 展开左侧工程文件目录，打开 Core/Src/main.c 文件，点击上方工具栏小锤子按钮，编译工程，无报错；

工程代码

展开左侧工程文件目录，双击打开 Core/Src/main.c 文件，关键代码如下

#include "main.h"

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
// 步进电机参数：1.8°步距角 + 8细分
#define STEP_PER_DEG    (1600.0f / 360.0f)  // 每度需要的步数 ≈4.444步
#define DIR_FORWARD     0                   // 正转
#define DIR_BACKWARD    1                   // 反转
/* USER CODE END PD */

COM_InitTypeDef BspCOMInit;

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
// 内部函数：旋转指定角度
void Motor_RunAngle(float angle, uint8_t dir, uint16_t pulse_delay);
// 内部函数：发送单步脉冲
void Motor_StepPulse(void);
/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
// 发送单个步进脉冲
void Motor_StepPulse(void)
{
  HAL_GPIO_WritePin(STEP_PIN_GPIO_Port, STEP_PIN_Pin, GPIO_PIN_SET);
  HAL_Delay(1);
  HAL_GPIO_WritePin(STEP_PIN_GPIO_Port, STEP_PIN_Pin, GPIO_PIN_RESET);
}

// 旋转指定角度
// angle: 角度
// dir: 方向 0/1
// pulse_delay: 速度（越小越快）
void Motor_RunAngle(float angle, uint8_t dir, uint16_t pulse_delay)
{
  uint32_t steps = (uint32_t)(angle * STEP_PER_DEG);

  // 方向
  HAL_GPIO_WritePin(DIR_PIN_GPIO_Port, DIR_PIN_Pin, dir);
  // 使能电机
  HAL_GPIO_WritePin(EN_PIN_GPIO_Port, EN_PIN_Pin, GPIO_PIN_RESET);

  // 发脉冲
  for(uint32_t i=0; i<steps; i++)
  {
    Motor_StepPulse();
    HAL_Delay(pulse_delay);
  }

  // 失能电机
  HAL_GPIO_WritePin(EN_PIN_GPIO_Port, EN_PIN_Pin, GPIO_PIN_SET);
}
/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  // 电机初始状态
  HAL_GPIO_WritePin(EN_PIN_GPIO_Port, EN_PIN_Pin, GPIO_PIN_SET);  // 失能
  HAL_GPIO_WritePin(STEP_PIN_GPIO_Port, STEP_PIN_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
        // ===================== 正转 90° =====================
        BSP_LED_On(LED_GREEN);
        Motor_RunAngle(90.0f, DIR_FORWARD, 5);
        BSP_LED_Off(LED_GREEN);
        HAL_Delay(1000);
        // ===================== 反转 90° =====================
        BSP_LED_On(LED_BLUE);
        Motor_RunAngle(90.0f, DIR_BACKWARD, 5);
        BSP_LED_Off(LED_BLUE);
        HAL_Delay(1000);

    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

保存代码。

编译上传

• 右键工程文件夹，选择构建项目，或点击工具栏小锤子按钮；
• 构建完成后，无报错产生，点击工具栏运行按钮，自动上传固件至开发板并运行；

效果演示

42 步进电机正反方向交替旋转；

局部放大演示如下

总结

本文介绍了 NUCLEO-U3C5ZI-Q 开发板结合 TMC2209 驱动器、STM32CubeMX 和 CubeIDE，实现 42 步进电机驱动和旋转的项目设计，包括环境搭建、工程创建、关键代码、流程图、效果演示等，为相关产品的快速开发和应用设计提供了参考。