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硬石YS-F4Pro开发板:STM32 F407 HAL库实战教程
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更新于2024-06-18
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硬石YS-F4Pro开发板开发手册是一份详细介绍了如何利用STM32F407芯片进行开发的文档,由硬石电子团队编撰并不断更新。这份手册自2017年7月31日的V1.0版本开始,包含了30章的内容,并随着技术发展逐步增加和完善,直至V1.5版本,涵盖了STM32Cube_F4系列的特点和优势。
STM32Cube是一个高度集成的软件平台,其核心是硬件抽象层(HAL),它为开发者提供了方便的接口,使得他们无需深入了解底层硬件寄存器操作,就能控制STM32F407的各种外设,如USB、以太网等复杂模块。HAL库的设计使得代码结构更加健壮,且已经通过CodeSonar的严格安全认证,确保了代码质量和性能。STM32CubeMX作为上位机配置工具,用户可以通过它自动生成所需的底层驱动初始化代码,大大简化了项目设置过程。
YS-F4Pro开发板作为基于STM32F407的实验测试平台,它的设计目标是帮助新手快速入门STM32开发,其丰富的功能包括但不限于:ETH网络移植、Modbus通信、CANopen协议支持、北斗&GPS定位以及SPWM信号处理等。随着时间的推移,手册还对CANopen章节进行了多次修正,确保了内容的准确性和实用性。
这份手册不仅提供了技术教程,还提供了硬石电子的技术支持服务,包括电话咨询和QQ交流群,以及硬石电子的旺旺账号,便于用户在遇到问题时寻求帮助。整个开发过程文档化,对于学习和实践STM32F407开发,无论是初学者还是经验丰富的工程师,都是一个宝贵的参考资料。
STM32 技术开发手册
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45.5.2 28BYJ-48 步进电机运动控制代码分析 ........................................ 913
第 46 章 步进电机控制 ..................................................................................... 917
46.1 57 步进电机 ............................................................................................... 917
46.2 步进电机驱动器 ........................................................................................ 918
46.2.1 步进电机驱动芯片........................................................................ 918
46.2.2 步进电机驱动器............................................................................ 920
46.3 实验 1 步进电机旋转控制实现 ............................................................... 925
46.3.1 实验目的........................................................................................ 925
46.3.2 主要设备与软件............................................................................ 925
46.3.3 硬件环境设计................................................................................ 925
46.3.4 STM32CubeMX 生成工程 ............................................................. 927
46.3.5 步进电机旋转驱动代码分析........................................................ 930
46.3.6 实验操作与现象............................................................................ 936
46.4 实验 2 步进电机运动控制 ....................................................................... 936
46.4.1 实验目的........................................................................................ 936
46.4.2 主要设备与软件............................................................................ 937
46.4.3 步进电机运动控制代码分析........................................................ 937
46.4.4 实验操作与现象............................................................................ 940
46.5 实验 3 四轴步进电机运动控制 ............................................................... 940
46.5.1 实验目的........................................................................................ 940
46.5.2 主要设备与软件............................................................................ 941
46.5.3 硬件环境设计................................................................................ 941
46.5.4 STM32CubeMX 生成工程 ............................................................. 941
46.5.5 步进电机旋转驱动代码分析........................................................ 944
46.5.6 实验操作与现象............................................................................ 949
46.6 实验 4 步进电机编码器 ........................................................................... 949
46.6.1 实验目的........................................................................................ 949
46.6.2 主要设备与软件............................................................................ 950
46.6.3 硬件环境设计................................................................................ 951
46.6.4 STM32CubeMX 生成工程 ............................................................. 951
46.6.5 步进电机编码器代码分析............................................................ 953
46.6.6 实验操作与现象............................................................................ 958
46.7 步进电机使用常见问题 ............................................................................ 959
第 47 章 直流无刷电机 ..................................................................................... 964
47.1 直流无刷电机介绍 .................................................................................... 964
47.2 方波和正弦波驱动 .................................................................................... 965
47.3 BLDC 工作原理及硬件设计 ...................................................................... 967
47.3.1 BLDC 电机工作的基本原理 .......................................................... 967
47.3.2 BLDC 驱动硬件设计 ...................................................................... 971
47.3.3 霍尔传感器模式............................................................................ 973
47.3.4 无传感器模式................................................................................ 977
47.3.5 BLDC 速度控制 .............................................................................. 981
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47.3.6 无刷驱动电路................................................................................ 983
47.4 实验 1 H_PWM-L_ON 调制方式 ............................................................... 988
47.4.1 实验目的........................................................................................ 988
47.4.2 主要设备与软件............................................................................ 989
47.4.3 硬件环境设计................................................................................ 989
47.4.4 6 步 PWM 程序实现 ..................................................................... 990
47.4.5 实验操作与现象............................................................................ 996
47.5 实验 2 BLDC 6 步换相驱动 ....................................................................... 997
47.5.1 实验目的........................................................................................ 997
47.5.2 主要设备与软件............................................................................ 998
47.5.3 硬件环境设计................................................................................ 998
47.5.4 BLDC 霍尔传感器驱动代码实现 .................................................. 999
47.5.5 实验操作与现象.......................................................................... 1009
(五) 电机高级控制 .................................................................... 1010
第 48 章 基于 PID 算法的直流减速电机控制 .................................................. 1010
48.1 PID 算法介绍 ........................................................................................... 1010
48.2 模拟 PID 控制原理 .................................................................................. 1013
48.3 数字 PID 控制 .......................................................................................... 1016
48.4 实验 1 直流减速电机位置式 PID 实现 ................................................. 1022
48.4.1 实验目的...................................................................................... 1022
48.4.2 主要硬件设备与软件.................................................................. 1022
48.4.3 硬件环境设计.............................................................................. 1023
48.4.4 代码分析...................................................................................... 1024
48.4.5 实验操作与现象.......................................................................... 1027
48.5 实验 2 直流减速电机增量式 PID 实现 ................................................. 1029
48.5.1 实验目的...................................................................................... 1029
48.5.2 主要硬件设备与软件.................................................................. 1029
48.5.3 硬件环境设计.............................................................................. 1029
48.5.4 代码分析...................................................................................... 1029
48.5.5 实验操作与现象.......................................................................... 1033
48.6 实验 3 57 步进电机位置闭环控制 ......................................................... 1035
48.6.1 实验目的...................................................................................... 1035
48.6.2 主要硬件设备与软件.................................................................. 1036
48.6.3 硬件环境设计.............................................................................. 1036
48.6.4 代码分析...................................................................................... 1037
48.6.5 实验操作与现象.......................................................................... 1041
48.7 实验 4 57 步进电机速度闭环控制 ......................................................... 1042
48.7.1 实验目的...................................................................................... 1042
48.7.2 主要硬件设备与软件.................................................................. 1042
48.7.3 硬件环境设计.............................................................................. 1042
48.7.4 代码分析...................................................................................... 1043
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48.7.5 实验操作与现象.......................................................................... 1047
48.8 实验 5 BLDC 速度闭环控制 .................................................................... 1048
48.8.1 实验目的...................................................................................... 1048
48.8.2 主要硬件设备与软件.................................................................. 1048
48.8.3 硬件环境设计.............................................................................. 1048
48.8.4 代码分析...................................................................................... 1049
48.8.5 实验操作与现象.......................................................................... 1059
第 49 章 基于梯形加减速的步进电机控制 ..................................................... 1060
49.1 步进电机曲线加减速 .............................................................................. 1060
49.2 梯形加减速算法原理分析 ...................................................................... 1062
49.3 梯形加减速算法实验 .............................................................................. 1076
49.3.1 实验目的...................................................................................... 1076
49.3.2 主要设备与软件.......................................................................... 1077
49.3.3 硬件环境设计.............................................................................. 1077
49.3.4 代码分析...................................................................................... 1077
第 50 章 SPWM 调制原理 ............................................................................... 1088
50.1 PWM、SPWM 基本概念 ......................................................................... 1088
50.2 SPWM—正弦脉宽调制理论基础 ........................................................... 1089
50.3 SPWM 逆变及其控制方法 ...................................................................... 1091
50.3.1 SPWM 调制波形的极性 .............................................................. 1091
50.3.2 异步调制和同步调制.................................................................. 1092
50.4 SPWM 实现原理 ...................................................................................... 1094
50.4.1 计算法.......................................................................................... 1094
50.4.2 调制法.......................................................................................... 1094
50.4.3 跟踪控制...................................................................................... 1098
50.5 使用 stm32 实现规则采样算法 .............................................................. 1099
50.5.1 对称规则采样算法实现.............................................................. 1101
50.5.2 不对称规则采样算法实现.......................................................... 1103
50.5.3 同步调制算法实现...................................................................... 1104
50.6 对称规则采样代码实现 .......................................................................... 1106
50.7 不对称规则采样代码实现 ...................................................................... 1114
50.8 查表法代码实现 ...................................................................................... 1119
(六) 入门工业应用 .................................................................... 1126
第 51 章 串口屏 HMI 及其使用 ....................................................................... 1126
51.1 串口屏简介 .............................................................................................. 1126
51.1.1 基本介绍...................................................................................... 1126
51.1.2 USART HMI 串口屏功能特性 ...................................................... 1127
51.2 USART HMI 上位机简介 .......................................................................... 1128
51.2.1 USART HMI 界面介绍 .................................................................. 1128
51.2.2 USART HMI 使用 .......................................................................... 1128
51.3 串口屏工程讲解 ...................................................................................... 1134
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51.3.1 串口屏方面.................................................................................. 1134
51.3.2 STM32 方面 ................................................................................. 1135
51.4 7 个基本工程简介 ................................................................................... 1139
第 52 章 MODBUS 协议介绍 ........................................................................... 1143
52.1 MODBUS 协议概述 .................................................................................. 1143
52.2 MODBUS 主/从协议原理 ........................................................................ 1144
52.3 MODBUS 消息帧 ...................................................................................... 1144
52.4 传输模式 .................................................................................................. 1145
52.5 异常码定义 .............................................................................................. 1153
第 53 章 Modbus 功能码定义 ......................................................................... 1155
53.1 功能码分类 .............................................................................................. 1155
53.2 公共功能码定义 ...................................................................................... 1156
53.3 常用功能码描述 ...................................................................................... 1157
53.3.1 读线圈寄存器 01H ...................................................................... 1157
53.3.2 读离散输入寄存器 02H .............................................................. 1158
53.3.3 读保持寄存器 03H ...................................................................... 1158
53.3.4 输入寄存器 04H .......................................................................... 1159
53.3.5 写单个线圈寄存器 05H .............................................................. 1159
53.3.6 写单个保持寄存器 06H .............................................................. 1159
53.3.7 写多个线圈寄存器 0FH .............................................................. 1160
53.3.8 写多个保持寄存器 10H .............................................................. 1160
第 54 章 Modbus 编程实现 ............................................................................. 1162
54.1 MODBUS 主机例程 .................................................................................. 1162
54.1.1 MODBUS 编程流程分析 ............................................................. 1162
54.1.2 MODBUS 主机代码实现 ............................................................. 1162
54.2 MODBUS 从机例程 .................................................................................. 1172
54.2.1 MODBUS 从机代码实现 ............................................................. 1172
第 55 章 Modbus 主机控制从机 LED 例程 ...................................................... 1180
55.1 例程简介 .................................................................................................. 1180
55.2 MODBUS 主从机(控制 LED 灯)代码实现 ......................................... 1180
第 56 章 CANopen 编程 .................................................................................. 1184
56.1 CANopen 概述 ......................................................................................... 1184
56.2 对象字典 .................................................................................................. 1186
56.3 CANopen 的预定义连接集 ..................................................................... 1187
56.4 通讯接口 .................................................................................................. 1189
56.4.2 CanFestival 与 DS301、DS401 等说明 ....................................... 1197
56.1 对象字典编辑器的环境搭建 .................................................................. 1198
56.1.1 软件下载...................................................................................... 1198
56.1.2 软件安装...................................................................................... 1202
56.2 对象字典编辑器的使用 .......................................................................... 1208
56.2.1 新建从节点.................................................................................. 1208
第 57 章 北斗&GPS 模块简介 ......................................................................... 1213
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57.1 ATGM336H 简介 ...................................................................................... 1213
57.2 硬件测试 .................................................................................................. 1216
57.3 NMEA-0183 协议 ..................................................................................... 1216
57.4 NMEA 解码库 .......................................................................................... 1223
第 58 章 STM32 控制北斗&GPS 模块 .............................................................. 1224
58.1 通信基础 .................................................................................................. 1224
58.2 外设结构体分析 ...................................................................................... 1224
58.3 北斗&GPS-USART 功能实现 .................................................................... 1225
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