1. 项目背景

先说说为什么要写这些东西。

最近工作越来越忙，学的东西也越来越杂。今天看步进电机，明天看无刷电机，后天可能又在看PID算法。本来记性就不好，加上学得又杂，经常是上周刚弄明白的东西，这周就忘得差不多了。

这种“学了忘、忘了学”的死循环，真的很让人沮丧。

后来想了个办法：写下来。

写文章有几个好处：

• 写的过程就是梳理的过程：你以为你懂了，但一动笔就发现逻辑是乱的

• 写下来就不容易忘：即使忘了，翻翻自己的文章也能很快捡起来

• 写给别人看，能逼自己搞清楚：因为怕误导别人，所以不敢含糊

这篇文章记录的，是我从零开始学习STM32控制A4988驱动步进电机的全过程。从物料选型、新建工程开始，到运动控制这种稍微深入一点的内容，都会一步步写下来。

后面还会继续学习无刷电机、伺服电机等等。其实都是从零开始，走得慢，但希望能走得稳。

如果看到文章里有错误的地方，还请一定指正。 毕竟我也是学习者，不是专家。互相学习，一起进步，这才是写博客的意义。

2. 步进电机简介

2.1 最简单的理解

步进电机的工作原理，其实可以用一个电磁铁吸引磁铁的模型来理解。

想象一下：

• 中间有个可以转动的磁铁（这就是转子）

• 周围有四个电磁铁，两两相连（这就是定子线圈）

• 给不同的电磁铁通电，磁铁就会被吸引到对应的位置

步进电机的本质，就是用精确的顺序给线圈通电，让转子一步一步地转动。

2.2 转动过程分解

假设初始状态：N极朝上（定义为0°位置）

第1步：A相通电

电流方向：A+ → A- (上端流入，下端流出)
根据右手螺旋定则，产生的磁场方向：↑ (上端N极，下端S极)
结果：转子被吸引，N极朝上，停在0°

第2步：A相断电，B相通电

电流方向：B+ → B- (右端流入，左端流出)
磁场方向：→ (右端N极，左端S极)
结果：转子被吸引旋转90°，N极朝右

第3步：B相断电，A相通反向电流

电流方向：A- → A+ (下端流入，上端流出)
磁场方向：↓ (下端N极，上端S极)
结果：转子继续旋转到180°，N极朝下

第4步：A相断电，B相通反向电流

电流方向：B- → B+ (左端流入，右端流出)
磁场方向：← (左端N极，右端S极)
结果：转子旋转到270°，N极朝左

完成这4步，转子刚好转了一圈（360°）

3. 步进电机选型：42电机

3.1 步进电机的命名规则

步进电机通常按法兰尺寸命名，42电机代表电机外壳的直径约为42毫米，例如其它尺寸：

型号	法兰尺寸	典型应用
20电机	20mm	小型摄像头云台
28电机	28mm	玩具、小机械臂
35电机	35mm	小型3D打印机
42电机	42mm	最普及，3D打印机、CNC标配
57电机	57mm	大型CNC、工业设备
86电机	86mm	重型设备

3.2 42电机的特点

42电机是DIY圈子的标准件：

• 尺寸适中：42×42mm，不大不小刚好

• 力矩够用：0.4-0.5N·m，能带动大多数轻负载

• 价格便宜：20-30块钱一个，坏了不心疼

• 配件多：联轴器、皮带轮、支架，随便买

• 资料多：网上教程90%都是用42电机

3.3 步距角1.8°

上一节我们画的简化模型，4步转一圈，步距角90°。

这种电机如果造出来，能干嘛呢？

• 转个风扇？不行，一顿一顿的

• 做个机械臂？精度差到离谱

• 给3D打印机用？打印出来的东西估计没法看

90°步距角的电机，只能用在不在乎精度的场合。

那购物平台上常见的1.8°步进电机是怎么来的？

其实原理和我们的简化模型一模一样，只是在结构上做了改进：

• 转子不是简单的4个磁极，而是50个齿

• 定子也不是简单的4个线圈，而是更多极靴

结果就是：同样的四步控制，转子每次只转1.8°，而不是90°。

简化模型：4步转一圈  →  步距角 90°  →  每圈4步
实际电机：4步转7.2°  →  步距角 1.8°  →  每圈200步

200倍的精度的提升！

3.4 选型结果

电机型号：42步进电机
步距角：1.8°
相数：2相
额定电流：1.2A

购物平台上随便买一个就行，二十元左右，只要知道这几个参数就可以了。

为什么选这个？ 因为它是万能的——几乎所有教程都用它，所有配件都兼容它。

4. 主控选型：STM32F103C8T6

4.1 为什么用STM32F103C8T6?

说实话，主控芯片的选择，没那么玄乎。

STM32F103C8T6确实是个好选择：

• 便宜：10块钱出头，坏了不心疼

• 资料多：正点原子、野火、普中，教程多到看不完

• 性能够：72MHz主频 + 20KB RAM + 硬件FPU，跑步进电机控制绰绰有余

但如果你问我：一定要用STM32吗？

答案是：不一定。

用Arduino行不行？行。
用ESP32行不行？也行。
用别的STM32型号行不行？当然行。

主控就是个工具，重要的是你用得顺手。

4.2 硬件FPU的意义

另外提一句：STM32F103有硬件FPU。

这意味着：

• 浮点加减乘除，一个指令搞定

• 不像软件浮点，要几十上百个指令模拟

对于后面运动控制这种需要大量浮点计算的场景，有没有FPU，体验完全是两回事。

4.3 丰富的定时器资源

为什么定时器重要？因为步进电机控制的核心就是精确的脉冲。

STM32F103有4个定时器：

• TIM1：高级定时器，带互补输出

• TIM2/TIM3/TIM4：通用定时器

每个定时器都有：

• PWM模式

• 单脉冲模式

• 编码器接口模式

• 输入捕获/输出比较

这意味着我可以：

• 用单脉冲模式产生STEP脉冲

• 用编码器模式接光电编码器做闭环

• 用输入捕获测速度

5. 驱动芯片选型：A4988

5.1 驱动芯片的作用

MCU出来的是3.3V的信号，电流只有几毫安。这点能量根本带不动电机。

驱动芯片的作用：

• 把弱信号放大成强电流

• 把简单的STEP/DIR信号转换成复杂的线圈通电顺序

• 提供过流、过热保护

5.2 候选芯片对比

芯片	最大细分	特点	价格	适用场景
A4988	1/16	最普及，资料最多	低	学习、DIY
A4984	1/8	有NSNF保护	中	工业老设备
DRV8825	1/32	电流大，细分高	中	需要更高精度的DIY
TMC2208	1/256	静音，带堵转检测	高	对噪音敏感的场景

5.3 为什么选A4988？

三个字：资料多。

• 随便一搜，就有几百篇教程

• 遇到问题，90%都能搜到解决方案

• 代码示例多到看不完

对于初学者来说，这是最大的优势。

其他理由：

• 便宜：模块才几块钱，烧了不心疼

• 简单：STEP/DIR两根线就能控制

• 够用：1/16细分，对学习来说足够了

• 标准：几乎所有开源项目都在用

类似芯片很多，比如上面列举的那些，几乎都是一样的，甚至有些还可以pin to pin替代，所以不用纠结，随便挑选一款都可以，控制逻辑上都是一样的。

5.4 A4988核心特性

供电电压：8-35V
输出电流：±2A (实际建议1.5A以下)
细分：1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16
控制方式：STEP/DIR
内置转换器：是的 (所以控制很简单)
保护：热关断、欠压锁定、短路保护
封装：QFN-28

5.5 细分的概念

什么是细分？

回到刚刚的图片，刚刚我们A相B相切换时，转子只能保持在0°、90°、180°、270°，硬件买回来是没办法改变了，但我想更精细的去控制，有办法吗？当然有，初始状态A相通电时，转子保持在0°，此时我们让A相保持通电，B相也启动通电，此时磁铁受到向上和向右的力，大小相同，根据力的矢量合成，磁铁应该会旋转到45°的位置，也就是说，我们通过控制AB相的通电，实现了2细分，由原来的一步90°细分成了一步45°，原理就是这么简单，8细分/16细分等等都一样。

细分的意义：

• 更平稳：振动减小

• 更精确：90°/步->45°/步

• 更安静：噪音降低

5.6 选型小结

在正式开始教程之前，想先说两句掏心窝子的话。

ONE：别自己画板子。

我知道，自己画板子很酷。原理图、Layout、打样、焊接、调试，一套流程走下来，成就感满满。

但是，学习阶段真的不建议。

原因很简单：

• 花时间：画板子等打样，一周就过去了

• 花钱：打样费、元器件费，加起来比买模块贵

• 花精力：焊完了还得debug，是电路问题还是程序问题？鬼知道

而一个A4988成品模块，几块钱包邮。焊好的、测试过的、引脚都给你标好了。

把省下来的时间和精力，花在学习思路上，不香吗？

TWO：别一上来就追高端芯片。

TMC2208静音，TMC5160大电流，确实好。但没必要。

学习阶段，你需要的不是静音，不是大电流，而是：

• 搞明白STEP/DIR是怎么回事

• 弄懂细分是怎么工作的

• 理解为什么需要加减速

• 踩一踩各种坑

这些基础，用A4988完全够学。等把这些都搞明白了，再考虑升级到TMC也不迟。

6. 软件开发环境

STM32CubeMX V6.10.0

STM32Cube FW_F1 V1.8.7

MDK keil V5.43.1.0

VS Code

7. 第一章小结

本章主要梳理了项目的基础知识。首先介绍了步进电机的工作原理——通过线圈轮流通电产生磁场，吸引转子一步一步转动；然后讲解了步距角的概念，从简化模型的90°讲到实际电机的1.8°；最后完成了核心器件的选型：42电机作为动力输出，STM32F103C8T6作为主控，A4988作为驱动芯片。选型原则也很简单：够用就好、资料要多、价格要便宜。基础打好了，下一章就开始动手搭建硬件。

注：本人原创，未经允许，不可转载。