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记录一次使用面向对象的C语言封装步进电机驱动

简介

(2025/4/21)

        

        本库对目前仅针对TB6600驱动下的42步进电机的基础功能进行了一定的封装, 也是我初次尝试以面向对象的思想去编写嵌入式代码, 和直流电机的驱动步骤相似在调用stepmotor_attach()函数和stepmotor_init()函数之后仅通过结构体数组stepm然后指定枚举变量中的id即可完成对步进电机的基础操作, 其中最核心的是控制函数step_move的实现, 该函数可以在开环状态下指定步进电机的步数频率(速度)进行控制, 后续可能会更新一些经典的控制模型如梯形加减速.
先贴一下项目代码
项目源码

cubemx 配置

如果要使用此库, 你只需要在cubemx中完成以下配置:

  1. 打开定时器的PWM通道并将 Prescaler设置为83(我的时钟主频为84分频后为1MHz, 这个并不是一定得是1MHz, 后面会说)

  2. 打开NVIC

  3. 配置相关的GPIO, 如方向引脚, 这个很简单我就不贴图了

移植

如果你的硬件平台和我一样, 无脑粘贴就行, 如果不一样, 则需要修改相关代码

  1. 修改类型(如果不是stm32HAL库)
    主要是硬件层结构体的类型声明, 和stepmotor_attach函数, 需要修改类型
typedef struct {// todo 硬件参数层TIM_HandleTypeDef* htim;    //定时器句柄uint32_t Channel;           // 输出通道GPIO_TypeDef* enType;       //使能引脚类别uint16_t  enPin;            //使能引脚pinGPIO_TypeDef* dirType;      //方向引脚类别uint16_t  dirPin;           //方向引脚pin
}STEPMOTOR_HARDWARE;
void stepmotor_attach(STEPID id,TIM_HandleTypeDef* htim,uint32_t Channel,           // 输出通道GPIO_TypeDef* enType,        //使能引脚类别uint16_t  enPin,             //使能引脚pinGPIO_TypeDef* dirType,      //方向引脚类别uint16_t  dirPin           //方向引脚pin);

    2. 底层接口函数封装
这里都添加在了step_motor.c中的部分以static声明的函数当中, 根据注释功能修改函数的实现:

static void en_set(STEPID id){// todo 使能置高STEPMOTOR_HARDWARE* hw = &stepmotorhws[id];hw->enType->BSRR = hw->enPin;
}
static void en_reset(STEPID id){// todo 使能置低STEPMOTOR_HARDWARE* hw = &stepmotorhws[id];hw->enType->BSRR = (uint32_t)hw->enPin << 16U;                 // 置位
}static void dir_set(STEPID id){// todo 方向置高STEPMOTOR_HARDWARE* hw = &stepmotorhws[id];hw->dirType->BSRR = hw->dirPin;
}
static void dir_reset(STEPID id){// todo 方向置低STEPMOTOR_HARDWARE* hw = &stepmotorhws[id];hw->dirType->BSRR = (uint32_t)hw->dirPin << 16U;                 // 置位
}static void tim_start(STEPID id){// todo 定时器启动STEPMOTOR_HARDWARE* hw = &stepmotorhws[id];hw->htim->Instance->CR1 |= TIM_CR1_CEN;
}
static void tim_stop(STEPID id){// todo 定时器停止并清0STEPMOTOR_HARDWARE* hw = &stepmotorhws[id];__HAL_TIM_SET_COUNTER(hw->htim, 0);__HAL_TIM_CLEAR_FLAG(hw->htim, TIM_FLAG_UPDATE);
}static void pwm_start(STEPID id){// todo pwm启动STEPMOTOR_HARDWARE* hw = &stepmotorhws[id];HAL_TIM_PWM_Start(hw->htim, hw->Channel);
}
static void pwm_stop(STEPID id){// todo pwm停止 其实将比较值赋为0就行STEPMOTOR_HARDWARE* hw = &stepmotorhws[id];HAL_TIM_PWM_Stop(hw->htim, hw->Channel);
}static void pwm_startIT(STEPID id){// todo pwm中断开启STEPMOTOR_HARDWARE* hw = &stepmotorhws[id];HAL_TIM_PWM_Start_IT(hw->htim, hw->Channel);
}
static void pwm_stopIT(STEPID id){// todo pwm中断停止STEPMOTOR_HARDWARE* hw = &stepmotorhws[id];HAL_TIM_PWM_Stop_IT(hw->htim, hw->Channel);
}
static void pwm_setcompare(STEPID id, int32_t freq){// todo 设置50%的占空比// todo 重新设置占空比(占空比永远为比较值的一半, 即50%占空比)STEPMOTOR_HARDWARE* hw = &stepmotorhws[id];if(freq > 0){hw->htim->Instance->ARR = Hclk/freq - 1;__HAL_TIM_SET_COMPARE(hw->htim, hw->Channel, hw->htim->Instance->ARR/2); // 占空比无所谓 一半即可}
}

    3. 频率宏定义
step_motor.h中的:

#define   Hclk       1000000  //时间总频

这个是预分频后的频率
根据实际情况来, 如果你是72MHz主频, 定时器的Prescaler设置为71, 则不用改, 因为分频后依然为1MHz
如果你的定时器的Prescaler值设置为0, 那么这个就是你的时钟主频了
这个值参与ARR的赋值计算(在**static void pwm_setcompare(STEPID id, int32_t freq);**中), 所以你得好好根据自己ARR的量程来, 像c8t6是65535最大, 那么你最好将Prescaler值给大一些              

    4. 中断修改(如果不是stm32HAL库)
具体的修改逻辑看看下面的步数&速度控制这个标题下的内容, 根据你的平台中断逻辑进行修改.

void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if(htim == stepm[SM1].hw->htim)    // 回调函数检测为某个步进电机对应的定时器{Stepper_UpdateHandler(SM1);}
}

初始化

成员变量概览

先看看一个对象所包含的属性, 这里我都敲了注释, 主要是使用STEPMOTOR作为对象的类型.

typedef struct {// todo 硬件参数层TIM_HandleTypeDef* htim;    //定时器句柄uint32_t Channel;           // 输出通道GPIO_TypeDef* enType;       //使能引脚类别uint16_t  enPin;            //使能引脚pinGPIO_TypeDef* dirType;      //方向引脚类别uint16_t  dirPin;           //方向引脚pin// todo 硬件API重写层STEPMOTOR_INTERFACE enSet;                // 方向引脚置位STEPMOTOR_INTERFACE enReset;                // 方向引脚置位STEPMOTOR_INTERFACE dirSet;                // 方向引脚置位STEPMOTOR_INTERFACE dirReset;                // 方向引脚置位STEPMOTOR_INTERFACE htimStop;              // 停止并复位定时器STEPMOTOR_INTERFACE htimStart;              // 重新启动定时器STEPMOTOR_INTERFACE pwmStop;                // pwm停止STEPMOTOR_INTERFACE pwmStart;               // pwm启动STEPMOTOR_INTERFACE pwmStopIT;             // pwm中断计数停止STEPMOTOR_INTERFACE pwmStartIT;            // pwm中断计数启动STEPMOTOR_SPEED_INTERFACE pwmSetCompare;          // pwm设置为50%的占空比}STEPMOTOR_HARDWARE;typedef struct{STEPMOTOR_HARDWARE* hw;  // 硬件接口封装层// todo 参数层uint32_t cur_freq;  // 当前频率Hzuint16_t cur_step;  // 当前步数uint8_t dir;        // 当前方向// todo 目标值uint16_t tar_step;  // 目标步数// todo 限制层uint8_t is_limit_step;          // 你是否要限制步数uint8_t is_finish;              // 是否完成路程int16_t accumulate_step;       // 累计步数int32_t max_step;              // 最大步数  - 配合累计步数以限幅int32_t min_step;              // 最小步数  - 配合累计步数以限幅uint32_t min_freq;             // 最小运行频率uint32_t max_freq;             // 最大运行频率// todo 函数接口层STEPMOTOR_INTERFACE limitStep;STEPMOTOR_INTERFACE noLimitStep;STEPMOTOR_STEP_INTERFACE stepMove;      // 指定步数和速度进行移动STEPMOTOR_INTERFACE stop;               // 立即停止STEPMOTOR_RANGE_INTERFACE setRange;     // 设置相关范围的接口}STEPMOTOR;

我们需要将step_motor.cstep_motor.h添加到你的工程目录下面, 然后调用初始化函数

void stepmotor_attach(STEPID id,                  // 电机idTIM_HandleTypeDef* htim,    // 电机对应定时器uint32_t Channel,           // 输出通道GPIO_TypeDef* enType,        //使能引脚类别uint16_t  enPin,             //使能引脚pinGPIO_TypeDef* dirType,      //方向引脚类别uint16_t  dirPin           //方向引脚pin);
stepmotor_init();

前者stepmotor_attach是引脚定向, 为了后面我们可以用结构体数组引出各种属性和函数进行调用, 以下是函数的实现流程

void stepmotor_attach(STEPID id,TIM_HandleTypeDef* htim,uint32_t Channel,           // 输出通道GPIO_TypeDef* enType,        //使能引脚类别uint16_t  enPin,             //使能引脚pinGPIO_TypeDef* dirType,      //方向引脚类别uint16_t  dirPin           //方向引脚pin){STEPMOTOR_HARDWARE* hw = &stepmotorhws[id];// todo 硬件引脚重指定hw->htim = htim;            // 硬件接口初始化hw->Channel = Channel;hw->enType = enType;hw->enPin = enPin;hw->dirType = dirType;hw->dirPin = dirPin;// todo 硬件函数接口hw->enSet = en_set;hw->enReset = en_reset;hw->dirSet = dir_set;hw->dirReset = dir_reset;hw->htimStart = tim_start;hw->htimStop = tim_stop;hw->pwmStop = pwm_stop;hw->pwmStart = pwm_start;hw->pwmStartIT = pwm_startIT;hw->pwmStopIT = pwm_stopIT;hw->pwmSetCompare = pwm_setcompare;// todo 控制接口函数stepm[id].hw = hw;stepm[id].limitStep = limit_step;stepm[id].noLimitStep = no_limit_step;stepm[id].stepMove = step_move;    // 移动函数接口赋值stepm[id].stop = step_stop;        // 立即停止接口指定stepm[id].setRange = set_range;    // 范围设置指向
}

stepmotor_init() 是初始化函数, 在这里cubemx已经初始化完成, 我只添加了相关外设如定时器中断等启动函数也可以添加自己的初始化代码.

void stepmotor_init(void){for(uint8_t i = 0; i < STEP_SUM; i++){STEPMOTOR* m = &stepm[i];                      // 获取对象指针// todo 其他初始化// todo 启动m->hw->pwmStartIT(i);   // PWM中断m->hw->enSet(i);        // 使能引脚使能}
}

使用库进行控制

步数&速度控制

目前没有添加太多的算法, 仅仅是开环的指定速度位移移动的函数, 不过这应该也是后续底层最为核心的函数:

    // 指定id             id      指定走多少步  指定速度/频率
stepm[STEPID].stepMove(STEPID, int32_t,     uint32_t);

仅仅是使用的话, 只需要传入对应电机对象id和相关参数即可, 其中第二个参数是用于指定目标是多少步, 支持正负号, 可以输入负值, 它意味着电机朝反方向转.
同时, 因为我们在初始化配置的时候开启了PWM中断所以在这里我们也需要在中断中添加部分代码:

void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if(htim == stepm[SM1].hw->htim)    // 回调函数检测为某个步进电机对应的定时器{Stepper_UpdateHandler(SM1);}
}

在中断回调函数HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback中, 我们只需要重复执行Stepper_UpdateHandler函数就行, 关于这个函数的实现其实很简单, 下面我会说明.

stepMove函数的具体实现如下:

// todo 以指定速度(频率), 移动指定步数
static void step_move(STEPID id, int32_t tar_steps, uint32_t freq){STEPMOTOR* m = &stepm[id];if(tar_steps == 0 || freq <=0){m->is_finish = 1;return;}m->is_finish = 0;   // 刷新完成标志位// todo 停止并复位定时器m->hw->pwmStopIT(id);m->hw->htimStop(id);//todo 方向引脚置位m->dir = (tar_steps >= 0) ? 1 : 0;if(m->dir) m->hw->dirSet(id);else m->hw->dirReset(id);// todo 设置目标步数 并对其进行步数限幅if(m->is_limit_step){int32_t pre_accumulate_step = m->accumulate_step;  // 存储上一次的步数m->accumulate_step = (int16_t) LIMIT(m->accumulate_step + tar_steps, m->max_step, m->min_step);m->tar_step = abs( m->accumulate_step - pre_accumulate_step);}else{m->tar_step = tar_steps;}m->cur_step = 0;    // 每刷新一次当前步数置为0// todo 限制频率范围  注意符号和取值范围freq = LIMIT((int32_t)freq, (int32_t)m->max_freq, (int32_t)m->min_freq);m->cur_freq = freq; // 获取当前频率// todo 重新设置占空比(占空比永远为比较值的一半, 即50%占空比)m->hw->pwmSetCompare(id, freq);// todo 重新启动定时器m->hw->htimStart(id);// todo 启用更新中断m->hw->pwmStartIT(id);
}

以及中断函数

// todo (重要)定时器更新中断处理(需在stm32f4xx_it.c(或者中断回调函数)中调用)
void Stepper_UpdateHandler(STEPID id) {STEPMOTOR* m = &stepm[id];if(m->cur_step < m->tar_step) {m->cur_step++;} else {                            // todo 如果检测到当前步数到了目标值就直接PWM_Stop不发波了m->is_finish = 1;m->hw->pwmStopIT(id);}
}

每一步的操作我都敲了注释, 总体上的控制思路如下(这也是比较常用的控制思路):
通过PWM中断去对每一步进行计数存入成员变量cur_step中, 方波每个周期进一次中断, 同时步进电机收到一个脉冲, 电机走一步. 当电机的当前步数大于等于目标步数pwm停止.

电机停止

stepm[STEPID].stop(STEPID);

调用即可, 函数实现仅仅是让目标步数等于当前步数

// todo 立即停止电机
static void step_stop(STEPID id) {STEPMOTOR * m = &stepm[id];//__HAL_TIM_DISABLE_IT(m->hw->htim, TIM_IT_UPDATE);m->tar_step = m->cur_step;
}

设置范围

//                      id     模式    最大值      最小值
stepm[STEPID].setRange(STEPID, char , int32_t , int32_t );

这里提供了两种模式:

  • 'f': 设置速度/频率范围 -- 较为常见
  • 's': 设置最大累计步数范围 -- 我控制二维步进云台时用的, 防止云台跑到范围外, 对累计的步数进行限幅
// todo 立即停止电机
static void set_range(STEPID id, char mode, int32_t ma, int32_t mi){STEPMOTOR* m = &stepm[id];switch (mode) {case 'f':   // todo 设置频率范围m->max_freq = ma;m->min_freq = mi;break;case 's':m->max_step = ma;m->min_step = mi;break;}
}

是否启用位移限幅

主要是对标志位is_limit_step进行操作, 如果你不需要累计位移控制, 比如说小车的应用场景, 可以置位不再限幅

//todo 调用示例
stepm[STEPID].limitStep(STEPID);
stepm[STEPID].noLimitStep(STEPID);//todo 实现
static void limit_step(STEPID id){stepm[id].is_limit_step = 1;}
static void no_limit_step(STEPID id){stepm[id].is_finish = 0;}

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1. 架构概述 1.1 OpenHarmony OS 5.0架构 OpenHarmony OS 5.0采用分层架构设计&#xff0c;图形显示系统从底层到顶层包括&#xff1a; 应用层&#xff1a;ArkUI应用和第三方应用框架层&#xff1a;ArkUI框架、窗口管理API系统服务层&#xff1a;图形合成服务、窗口管理服务…...

详解Node.js中的setImmediate()函数

setImmediate() 是 Node.js 提供的一个定时器函数&#xff0c;用于在 事件循环的 “Check” 阶段 执行回调函数。它与 setTimeout() 相似&#xff0c;但两者有着显著的区别&#xff0c;主要体现在回调函数的执行时机上。 什么是事件循环&#xff08;Event Loop&#xff09; 在…...

使用C#写的HTTPS简易服务器

由于监控网络之用&#xff0c;需要写一个https服务器。 由于用到https&#xff0c;因此还需一个域名证书&#xff0c;可以免费申请&#xff0c;也可以用一个现有的。 接下来还需在Windows上安装证书&#xff0c;注册证书。 安装证书 找到证书&#xff0c;点击&#xff0c;一路…...

C# 事件知识文档

C# 事件知识文档 概述 在 C# 中,事件(Event) 是一种特殊的机制,它基于委托实现,用于支持发布-订阅模式。事件允许对象在发生特定操作时通知其他对象,而无需直接引用这些对象。这种机制非常适合于实现诸如用户界面交互、状态变化通知等场景。 核心概念 发布者(Publishe…...

C++进阶--二叉搜索树

文章目录 C进阶--二叉搜索树概念算法复杂度模拟实现结构定义插入查找删除剩余的次要接口中序遍历&#xff1a; 构造&#xff0c;析构&#xff0c;拷贝构造&#xff0c;赋值重载 结语 很高兴和大家见面&#xff0c;给生活加点impetus&#xff01;&#xff01;开启今天的编程之路…...

互联网大厂Java面试:从基础到进阶的技术点探讨

场景&#xff1a;赵大宝的面试旅程 在互联网大厂的面试现场&#xff0c;严肃的面试官李老师正在准备对求职者赵大宝进行一场Java技术栈的深度考核。赵大宝是一位以幽默著称的程序员&#xff0c;面试官希望通过这次面试能全面了解他的技术能力。 第一轮提问 李老师&#xff1…...

【MCP Node.js SDK 全栈进阶指南】中级篇(1):MCP动态服务器高级应用

前言 在初级篇中,我们已经掌握了MCP TypeScript-SDK的基础知识,包括开发环境搭建、基础服务器开发、资源开发、工具开发、提示模板开发以及传输层配置等核心内容。随着我们对MCP的理解不断深入,是时候进入更高级的应用场景了。 MCP的一个强大特性是其动态性,能够在运行时…...

LM35 温度传感器介绍

【本文基于Arduino项目】 1. LM35 温度传感器简介 LM35 是一款 精密模拟温度传感器&#xff0c;由德州仪器&#xff08;TI&#xff09;推出&#xff0c;具有线性输出、无需校准、低功耗等特点&#xff0c;广泛应用于环境监测、工业控制等领域。 主要特性 参数规格测量范围-…...

【网络应用程序设计】实验一:本地机上的聊天室

个人博客&#xff1a;https://alive0103.github.io/ 代码在GitHub&#xff1a;https://github.com/Alive0103/XDU-CS-lab 能点个Star就更好了&#xff0c;欢迎来逛逛哇~❣ 主播写的刚够满足基本功能&#xff0c;多有不足&#xff0c;仅供参考&#xff0c;还请提PR指正&#xff…...

Cursor 设置规则

文章目录 1、一个可以参考的网站-各种语言都有2、正向设置规则通过 符号还可以引用子规则 3、逆向设置规则 1、一个可以参考的网站-各种语言都有 https://cursor.directory/rules 2、正向设置规则 注意&#xff0c;最开始规则设置已经作废&#xff08;下图下面的红框&#…...

人工智能-模型评价与优化(过拟合与欠拟合,数据分离与混淆矩阵,模型优化,实战)

欠拟合与过拟合 模型不合适&#xff0c;导致其无法与数据实现有效预测 欠拟合可以通过观察训练数据及时发现&#xff0c;通过优化模型结果解决 过拟合的原因&#xff1a; 1、模型结构过于复杂&#xff08;维度太高&#xff09; 2、使用了过多属性&#xff0c;模型训练时包含了…...

Python爬虫从入门到实战详细版教程

Python爬虫从入门到实战详细版教程 文章目录 Python爬虫从入门到实战详细版教程书籍大纲与内容概览第一部分:爬虫基础与核心技术1. 第1章:[爬虫概述](https://blog.csdn.net/qq_37360300/article/details/147431708?spm=1001.2014.3001.5501)2. 第2章:HTTP协议与Requests库…...

Java多线程编程初阶指南

目录 一.线程基础概念 线程是什么&#xff1f; 线程与进程对比 为啥要有线程 二.线程实现方式 继承Thread类 实现Runnable接口 常规实现方式 匿名内部类写法 Lambda表达式写法&#xff08;Java8&#xff09; 对比总结 三.Thread 类及常见方法 核心功能 核心构造方…...

Qt信号槽连接的三种方法对比

信号槽连接方法对比 1. 直接连接2. 集中管理3.函数指针初始化列表后期需要disconnect 对比 1. 直接连接 connect(codeWindow, &CodeEditorWindow::SetBaseLineSignal, monitoringWindow, &MonitoringWindow::SetBaseLineSlot),connect(&ButtonTree::Instance(), &a…...

健康生活新指南

在 “朋克养生” 与 “躺平焦虑” 并存的时代&#xff0c;真正的健康生活无需刻意 “内卷”。这几个简单又实用的养生妙招&#xff0c;能让你在忙碌日常中悄悄升级健康状态&#xff0c;轻松拥抱活力人生。​ 一、饮食&#xff1a;吃对食物&#xff0c;给身体 “加 Buff”​ 别…...

IF=24.5 靶向MMP9治疗协同提高抗PD1疗效

Targeted MMP9 therapy synergistically improves anti-PD1 efficacy CTNNB1GOF&#xff08;The gain of function (GOF) CTNNB1 mutations&#xff0c;功能获得型CTNNB1突变&#xff09;在肝细胞癌&#xff08;HCC&#xff09;中&#xff0c;已被证明与免疫排斥相关&#xff0…...

基于SpringBoot的中华诗词文化分享平台-项目分享

基于SpringBoot的中华诗词文化分享平台-项目分享 项目介绍项目摘要管理员功能图会员功能图系统功能图项目预览会员主页面诗词页面发布问题回复评论 最后 项目介绍 使用者&#xff1a;管理员、会员 开发技术&#xff1a;MySQLJavaSpringBootVue 项目摘要 本文旨在设计与实现一…...

SQLiteDatabase 增删改查(CRUD)详细操作

文章目录 1. 初始化数据库2. 插入数据 (Create)方法一&#xff1a;使用 ContentValues insert()方法二&#xff1a;直接执行SQL 3. 查询数据 (Read)方法一&#xff1a;使用 query() 方法方法二&#xff1a;使用 rawQuery() 执行原始SQL 4. 更新数据 (Update)方法一&#xff1a…...

从 0 到 1 打通 AI 工作流:Dify+Zapier 实现工具自动化调用实战

一、引言&#xff1a;当 AI 遇到工具孤岛 在企业数字化转型的浪潮中&#xff0c;AI 工具的应用早已从单一的对话交互进阶到复杂的业务流程自动化。但开发者常常面临这样的困境&#xff1a;本地开发的 MCP 工具&#xff08;如 ERP 数据清洗脚本、CRM 工单系统 API&#xff09;如…...

第四届商师校赛 web 1

RceMe ezGame 伪装 Ping Are you from SQNU? Look for the homepage Through 根据题目慢慢试 File_download Post上传得到下载文件 反编译一下 /* * Decompiled with CFR 0.152. * * Could not load the following classes: * javax.servlet.http.HttpServlet */ …...