実験10：単一ステッピングモーターの駆動

実験の目的：

PWM の基本的な動作原理を理解し、PWM によるモーター速度制御を実現します。
STM32 の GPIO 周辺機能のピン設定方法を習得します。
STM32CubeMX で新規プロジェクトを作成し、MDK_ARM プロジェクトファイルを生成できるようになります。
Keil IDE でユーザーコードを追加し、プロジェクトのテストができるようになります。

基本原理：

ここではベースサイズ 28mm の 28 型ステッピングモーターを使用します。ステッピングモーターは、パルス信号によって巻線への通電順序を制御し、回転磁界を発生させます。

A+ と A- に通電すると、ロータは対応する磁極の位置に位置決めされます。
B+ と B- への通電に切り替えると、ロータが1ステップ角だけ回転します。
A→B→A'→B'→A… の順序で繰り返すことで、連続回転を実現します。

数学的関係：θstep = 360° / (Nr × P)。ここで：

機能要件：

単一のステッピングモーターを回転駆動します。

ハードウェアの準備：

STM32 メインボード V1.3 * 1、ST-Link ダウンロードケーブル * 1、3S 電池ボックス * 1、リチウム電池 * 3、ステッピングモーター * 1

回路接続：

ハードウェアモジュール

ヒント：ハードウェアおよびソフトウェア環境の設定

UNI-STM32 開発ボード【V1.3】の紹介

UNI-STM32 開発環境の設定【V2.0】

電池および電源モジュール使用上の注意（必読）

電子モジュールの紹介

ピンの説明

モーター側の配線	ステッピングモータードライバ IC の出力ピン
黒線	1B
緑線	1A
赤線	2A
青線	2B

実際の配線

ソフトウェア設計：

設計フロー

ステッピングモータードライバ IC のマイクロステップ設定の紹介

プログラミング時に使用するステッピングモータードライバ IC のピンは以下のとおりです。

ステッピングモータードライバ IC	STM32 ピン
EN	PG6
MS1	PG3
MS2	PG4
MS3	PG5
STP	PB9 (TIM11_CHANNEL_1)
DIR	PG7

ステッピングモータードライバ IC のマイクロステップ設定表（0 はローレベル、1 はハイレベルを表します）：

マイクロステップ	ピンの状態			説明
分割モード	MS1	MS2	MS3	ステッピングモーターのステップ数
0	0	0	0	1回転に 200 ステップ必要です。
2	1	0	0	1回転に 400 ステップ必要です。
4	0	1	0	1回転に 800 ステップ必要です。
8	1	1	0	1回転に 1600 ステップ必要です。
16	0	0	1	1回転に 3200 ステップ必要です。
32	1	1	1	1回転に 6400 ステップ必要です。

プロジェクトのダウンロード

ソースリンク：（HumansX サポートより提供）

プログラムコード

コアコード：main.c

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2025 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "tim.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
//#include "stepper_motor.h"
#include "math.h"
#include "stdbool.h"
#include "DWT_time.h"
#include "stepper_motor.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

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

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM11_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  dwt_init();            //dwt time init
  printf("stepper_motor move test\r\n");

  /**********************************************
  Stepper Motor Subdivisions
  subdivisions:      total steps(steps)
       0                  200
       2                  400
       4                  800
       8                  1600
       16                 3200
       32                 6400
  ***********************************************/
  smotor_setmicrostep(32);                    //Set the stepper motor to 32 subdivisions.
  Stepper_Move( 6400, 3200); HAL_Delay(2000); //the stepper motor move to 6400 steps, at a speed of 3200 steps/s (1 circles)
  Stepper_Move(-6400, 3200); HAL_Delay(2000); //the stepper motor move to -6400 steps, at a speed of 3200 steps/s(1 circles)
  Stepper_Move( 3200, 3200); HAL_Delay(1000); //the stepper motor move to 3200 steps, at a speed of 3200 steps/s (0.5 circles)
  Stepper_Move(-3200, 3200); HAL_Delay(1000); //the stepper motor move to 3200 steps, at a speed of 3200 steps/s (0.5 circles)


  smotor_setmicrostep(16);                    //Set the stepper motor to 32 subdivisions.
  Stepper_Move( 3200, 1600); HAL_Delay(2000); //the stepper motor move to 3200 steps, at a speed of 1600 steps/s (1 circles)
  Stepper_Move(-3200, 1600); HAL_Delay(2000); //the stepper motor move to -3200 steps, at a speed of 1600 steps/s (1 circles)
  Stepper_Move( 1600, 1600); HAL_Delay(1000); //the stepper motor move to 1600 steps, at a speed of 1600 steps/s (0.5 circles)
  Stepper_Move(-1600, 1600); HAL_Delay(1000); //the stepper motor move to -1600 steps, at a speed of 1600 steps/s (0.5 circles)

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

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

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Configure the main internal regulator output voltage
  */
  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 4;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 84;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 4;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

操作手順：

全体の流れ：

(1) STM32CubeMX ソフトウェアでピン割り当てと周辺機能の初期化を行い、設定コードを生成します。

(2) Keil5 で MDK_ARM プロジェクトファイルを開き、コードの編集・コンパイル・デバッグを行います。

基本パラメータ：

本ドキュメントの（ハードウェアモジュール）に従って開発環境を設定した後の基本パラメータは以下のとおりです。

ソフトウェアバージョン：STM32CubeMX V6.14.0

ハードウェアプラットフォーム：STM32F407IGT6

コンパイル環境：MDK_ARM V5.3.2

デバッグツール：ST-LINK/V2

1. 新規プロジェクトの作成と MCU の設定

1.1 MCU の選択

STM32CubeMX ソフトウェアを開き、File > New Project をクリックします。

2. MCU のフィルター条件を設定して STM32F407IGT6 を選択し、バージョン欄をクリックしたうえで、最後に Start Project をクリックしてプロジェクト設定を開始します。

プロジェクト設定画面は以下のとおりです。

1.2 クロック設定とコア設定

Pinout & Configuration の System Core で RCC（リセットおよびクロック制御） をクリックします。

HSE クロックソースを Crystal/Ceramic Resonator（水晶またはセラミック発振子）に設定します。

設定が完了すると、対応するピン（OSC_IN と OSC_OUT）が自動的に設定されます（下図の緑色の部分を参照）。

機能：

外部高速水晶発振子（HSE）を接続し、システムに高精度のクロックソースを提供するために使用します。

**RCC_OSC_IN**：水晶入力ピン。

**RCC_OSC_OUT**：水晶出力ピン（フィードバック信号）。

デフォルト機能：

**PH0**：**OSC_IN**（外部水晶入力）。

**PH1**：**OSC_OUT**（外部水晶出力）。

デバッグインターフェースのピンを設定します。System Core で SYS をクリックし、Debug モードを Serial Wire に設定します。

設定が完了すると、対応するピン配置（pin out）が緑色になります。

緑色の部分をクリックすると、具体的な内容を確認できます。

1.3 クロックツリーの設定

クロックパラメータを順に設定します：1. 入力周波数の値を 8 に変更します。2. HSE を選択します。3. PLLCLK を選択します。4. HCLK パラメータを 84 に変更します。その他のパラメータはデフォルトのままで構いません。

ヒント：設定時にはエラーが自動的に検出されます。周波数の設定が誤っている場合は、エラーが赤色で強調表示されます。

2. MCU 初期化パラメータの設定

2.1 USART シリアルポートの設定

PA9 と PA10 をそれぞれ USART1_TX と USART1_RX に設定します。GPIO をクリックし、ピン設定をクリックします（この時点では USART1 が未設定のため、ピンに黄色の警告が表示されます）。

Connectivity —USART1 をクリックし、モードを Asynchronous に設定します（USART1 を設定すると関連ピンが緑色になり、ピン設定が正常であることを示します）。

2.2 プロジェクト管理の設定

デフォルトの画面は以下のとおりです。

プロジェクト名を入力します（任意に命名してください）。

プロジェクトの保存先を選択します（C ドライブには保存しないでください）。

コンパイル環境として MDK_ARM を選択します。

バージョン番号 V5.3.2 を選択します。

ファームウェアパッケージ名とバージョンを確認します。

（ヒント：デフォルトでは Use latest available version にチェックが入っていますが、ローカル PC に最新バージョンがない場合はエラーになります。その場合はパッケージを各自ダウンロードしてローカルにインストールする必要があります。インストール方法は以下のリンクを参照してください。）

UNI-STM32 開発環境の設定【V2.0】（リンク先の「6. よくある設定 Q&A」の Q3 に解決方法があります）

上記の設定が完了すると、下図のようになります。

2. Project Manager > Code Generator ウィンドウを以下のように設定します。

3. Project Manager > Advanced Settings ウィンドウで HAL ライブラリを選択します。

プロジェクトを保存します：File — Save Project をクリックします。

3. GPIO の設定 - ステッピングモーターのパラメータ

ステッピングモーターのピンパラメータ表：

ピン	パラメータ	ユーザーラベル
PG7	GPIO_Output	DIR
PG6	GPIO_Output	EN_PIN
PG5	GPIO_Output	MS3
PG4	GPIO_Output	MS2
PG3	GPIO_Output	MS1
PB9	TIM11_CH1

GPIO をクリックして PG7 ピンを見つけます。

ピン配置図で PG7 を左クリックし、PG7 のパラメータとして GPIO_Output を選択します。

User Label を設定します：設定画面で PG7 の行をダブルクリックし、User Label に DIR と入力します。

同様の方法で PG6、PG5、PG4、PG3 のパラメータを設定します。設定後の状態は以下のとおりです。

PB9（ステッピングモーターの STEP）のパラメータ設定。

(1) GPIO をクリックして PB9 ピンを見つけます。

ピン配置図で PB9 を左クリックし、PB9 の機能として TIM11_CH1 を選択します（注：ピン割り当てが完了するとピンはオレンジ色になります。これはピン割り当てのみが完了し、対応する周辺機能がまだ有効になっていないことを示します）。

(2) 左側の Timers パネルをクリックして TIM11 の設定を選択し、Activated にチェックを入れます。Channel1 で PWM Generation CH1 を選択します。

このときピンの色が緑色に変われば、正常に設定が完了したことを示します。

割り込み優先度の設定

(1) NVIC Settings をクリックし、TIM11 の割り込みについて Enabled にチェックを入れます。

プロジェクトファイルを再度保存します。

ヒント：必ずプロジェクトファイルを再度保存してください（主にパラメータを保存するためです）。File — Save Project をクリックします。

4. コードの生成

1. GENERATE CODE をクリックしてコードを生成します。

コードが自動的に生成されます。

コード生成に成功しました。

5. ユーザーコードの追加

上記で生成したフレームワークをもとに、Keil エディタでユーザーコードを追加し、コンパイルとデバッグを行います。

ヒント1：例えば main.c の /* USER CODE BEGIN xx */ と /* USER CODE END xx */ の間にユーザーコードを追加します。

ヒント2：.c ファイルを独自に作成することもできます。

ヒント3：ユーザーコードは自由に記述できます。（コード解説）に掲載されている事例を参考に、模倣しながら学習することもできます。

6. コードのダウンロードとテスト

(1) プロジェクトをダウンロードします。ここではデモを用意しています（本ドキュメントの「ソフトウェア設計 - プロジェクトのダウンロード」から直接ダウンロードできます）。

参考リンク（UNI-STM32 開発環境の設定の「5. プログラムのダウンロード」）を参照してください。

(2) メインボードのスイッチをオンにして、動作を確認します。

実験結果

DRV8825 ドライバモジュールボードを使用して、ステッピングモーターの回転を制御します。

コード解説

1. ユーザーコードの解説

下図はプロジェクトファイルに追加したユーザーコードです。

2. ユーザーコードのインポート方法

1つ目は、ユーザー定義ファイル（.c や .h など）を自分のプロジェクトフォルダにインポートし、Keil5 IDE で .c ファイルを追加してコンパイルする方法です。

既存のユーザーファイルのインポート：Keil で既存のユーザーファイルをインポートする方法を参照してください。

2つ目は、main.c ファイルにユーザーコードを追加する方法です。

(1) まず参考プロジェクトのコードを開きます。main.c ファイルは主に STM32CubeMX によって自動生成されたものです。このフレームワークをもとに実装したい機能を補完・改善しており、特に /* USER xx で始まり終わるコードを確認してください。下図の赤枠部分が記入したユーザーコードです。

(2) 上記の赤枠部分のコードを自分のプロジェクトの main.c にコピーし、コンパイルしてダウンロードし、動作を確認します。

コミュニケーション・サポート

資料のダウンロード・技術サポートについては、HumansX株式会社までお問い合わせください。