STM32单片机选型与电机控制：从直流电机到步进电机，全面掌握电机控制技术，打造高效节能的电机控制系统

# 1. STM32单片机概述**

STM32单片机是意法半导体（STMicroelectronics）公司推出的一系列基于ARM Cortex-M内核的32位微控制器。STM32单片机凭借其高性能、低功耗、丰富的外设和广泛的应用，在嵌入式系统领域得到了广泛的应用。

STM32单片机内部集成了多种外设，包括定时器、ADC、DAC、UART、SPI、I2C等，可以满足各种应用场景的需求。此外，STM32单片机还支持多种通信协议，如CAN、USB、Ethernet等，方便与其他设备进行数据交换。

STM32单片机具有广泛的应用领域，包括工业控制、医疗设备、消费电子、汽车电子等。由于其高性价比和易用性，STM32单片机成为嵌入式系统开发人员的首选。

# 2. 电机控制理论**

**2.1 直流电机控制原理**

**2.1.1 直流电机的基本结构和工作原理**

直流电机是一种将电能转换为机械能的电机，其基本结构包括定子和转子。定子由永磁体或电磁体组成，产生磁场；转子由线圈绕组组成，当通电时产生磁场。当定子和转子的磁场相互作用时，转子会产生转矩，从而带动电机旋转。

**2.1.2 直流电机的数学模型和控制算法**

直流电机的数学模型可以表示为：

V = R*I + L*(di/dt) + K*ω
T = K*I

其中：

* V：电机端电压
* R：电机电阻
* L：电机电感
* I：电机电流
* ω：电机角速度
* K：电机转矩常数

基于该数学模型，常用的直流电机控制算法包括：

* **PID控制算法：**一种反馈控制算法，通过测量电机实际转速与目标转速之间的偏差，调整电机电流以控制转速。
* **滑模控制算法：**一种非线性控制算法，将系统状态限制在预定的滑模面上，从而实现快速准确的控制。

**2.2 步进电机控制原理**

**2.2.1 步进电机的基本结构和工作原理**

步进电机是一种将电脉冲转换为离散角位移的电机，其基本结构包括定子和转子。定子由永磁体或电磁体组成，产生磁场；转子由带齿的铁芯组成。当定子上的线圈通电时，会产生磁场，与转子齿轮相互作用，使转子按一定角度步进。

**2.2.2 步进电机的控制模式和驱动方式**

步进电机控制模式主要有：

* **全步进：**每次通电一个线圈，转子步进一个齿距。
* **半步进：**每次通电两个线圈，转子步进半个齿距。

步进电机驱动方式主要有：

* **单极性驱动：**使用一个电源，驱动线圈的正极和负极分别连接到电源和地线。
* **双极性驱动：**使用两个电源，驱动线圈的正极和负极分别连接到两个电源的正极和负极。

# 3. STM32单片机电机控制实践

### 3.1 直流电机控制实践

#### 3.1.1 PWM波形生成和电机调速

**PWM波形生成**

PWM（脉宽调制）是一种调制技术，通过改变脉冲的宽度来控制输出的平均电压。在直流电机控制中，PWM波形用于控制电机的转速。

**代码块：**

void pwm_init(void) {
    TIM_TimeBaseInitTypeDef tim_timebase;
    TIM_OCInitTypeDef tim_oc;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

    tim_timebase.TIM_Prescaler = 72;
    tim_timebase.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    tim_timebase.TIM_Period = 1000;
    tim_timebase.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &tim_timebase);

    tim_oc.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    tim_oc.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    tim_oc.TIM_Pulse = 500;
    tim_oc.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_