# 电赛备赛开源：STM32 双步进视觉云台 + 无刷电机串口驱动（附 GitHub）

电赛备赛开源：STM32 双步进视觉云台 + 无刷电机串口驱动（附 GitHub）

本文对应两个已开源工程，适合 全国大学生电子设计竞赛备赛 / STM32 电机控制 / 视觉云台 学习与二次开发。 文末附仓库地址，代码可直接克隆。

写在前面

备赛电赛时，电机控制与视觉闭环是高频考点。很多同学卡在：

• 步进电机高速就抖、失步，不会做梯形加减速
• 视觉坐标来了，电机却「跟不住」或「来回抖」
• 买了串口协议型无刷模组，协议组帧、反馈解析不会写

最近把两套备赛工程整理后开源到 GitHub，本文做 整体介绍 + 关键设计点，方便对照仓库阅读。

平台均为 STM32F103C8 + 标准外设库（SPL），Keil / EIDE 可直接打开。

一、2023 电赛 E 题：双步进视觉云台

1.1 题目在考什么

2023 年全国大学生电子设计竞赛 E 题《运动目标控制系统》，核心可以概括成一句话：

看见目标 → 控制二维云台 → 让激光/指示点跟上运动目标

能力拆解大致是：

题目不强制舵机或步进。舵机上手快；步进精度高、可开环累计位置、便于做显式加减速。本仓库是 步进版闭环云台。

1.2 系统数据流（主线）

K230 视觉 –UART 115200–> 帧状态机 –> actual / target 像素
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err = target – actual
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PID（输出：步/帧）
|
Motor_Move / Motor_Stop（可打断）
MOTOR1=水平 MOTOR2=俯仰
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OLED 调试

协议语义（与常见 2023 视觉脚本一致）：

• (x1,y1) = Actual 实际点
• (x2,y2) = Target 目标点
• 闭环目标：err → 0

帧格式（12 字节）：

0xAA | x1 | y1 | x2 | y2 | z | 0x55

多字节为大端有符号 int16。解析用状态机在串口中断里逐字节喂入，抗干扰、无动态内存。

1.3 硬件接线摘要

细分拨码必须与软件一致（例如 32 细分 → 6400 步/圈），否则 PID 等效增益全错。

1.4 五个值得讲的技术点（S 级）

（1）PWM 硬件发脉冲，中断只数步调速

不要主循环 bit-bang 步进脉冲。用定时器 PWM 出 STEP，更新中断里：

• 步数 +1
• 按相位改速度
• 写 ARR

CPU 才能腾出来跑视觉 PID。

（2）1 MHz 时基，ARR ≈ 每步微秒数

72 MHz 下 PSC=71 → 1 MHz，速度与周期换算直观：

ARR ≈ 1_000_000 / v （v 单位：步/秒）

（3）灵魂公式：逐步更新速度

加速/减速段每步：

v = √(v² ± 2a)

再限幅到 v0～vMax。短距离自动退化为 三角曲线（无匀速段），长距离为 梯形。

（4）运动可打断（视觉闭环刚需）

Motor_Move 在电机还在跑时再次调用，会 停当前规划并按新步数重规划，绝对位置保留。

• Demo 往返：「忙则丢指令」还能凑合
• E 题跟踪：「每帧新误差必须能生效」→ 必须可打断

（5）PID 单位是「步/帧」，不是「度」

// 输入：像素误差；输出：本帧希望再走的相对步数
steps = DIR * PID_Calc(&pid, target_px, actual_px);

• max_output 限制单帧最大步数，防猛甩丢步
• 像素死区（如 3）内强制 0 步并 Motor_Stop，抑抖
• 方向反了改 PAN_DIR / TILT_DIR，不必先改接线

1.5 联调建议

仓库内还有 连线说明书.md，上电顺序、EN、共地都写了。

仓库地址： https://github.com/kaka12331/dual-stepper-trapezoid

（同账号还有舵机版云台：2023-dian-sai-visual-gimbal，可对比「度/帧」与「步/帧」。）

二、无刷电机：串口协议 + 双机 T 型轨迹往返

2.1 工程定位

很多市售「一体式无刷舵机/模组」不需要你在 STM32 里做六步换相，而是：

MCU 按固定帧格式发串口指令 → 驱动器内部完成换相、电流环、轨迹规划

本工程演示：

2.2 帧格式

帧头 0x7A | ID 1B | CMD 1B | 数据 N 字节 | BCC(XOR) | 帧尾 0x7B

BCC = 从帧头到数据末字节的逐字节异或。

常用指令（以本仓库代码为准，最终以手册为准）：

模式上推荐演示用：

• MOTOR_MODE_POS_MULTI_T：多圈位置 + T 型轨迹（启停更柔）

2.3 接线

默认 Motor1.ID=1，Motor2.ID=2，须与驱动器地址一致。

2.4 API 一览

BLDC_Init(115200);
BLDC_Enable(id);
BLDC_Set_Mode(id, mode);
BLDC_Set_Acceleration(id, acc);
BLDC_Set_Speed(id, speed);
BLDC_Set_Position(id, position);
BLDC_Req_Feedback(id); // 解析后写入 Motorx.Current_Position

2.5 标定提醒（很重要）

18000 是 驱动器内部位置单位，不是角度。换电机/减速比后务必重标定两端点，否则「转太少/转飞了」都正常。

换向周期、加速度、规划速度要匹配：加速设得很软时，周期太短会「还没到位又改目标」。

仓库地址： https://github.com/kaka12331/brushless-motor

三、两套工程怎么选型

共同点：

• STM32F103 + 标准库，注释按「讲解/答辩」写得比较细
• 重视 通信协议、单位（步/帧 vs 度/帧 vs 驱动器内部位置） 和 联调顺序

四、克隆与编译

git clone https://github.com/kaka12331/dual-stepper-trapezoid.git
git clone https://github.com/kaka12331/brushless-motor.git

• Keil：打开各自 Project.uvprojx
• 或 EIDE / VS Code：打开 Project.code-workspace

建议先通电看 Demo，再改 PID / 端点位置 / 视觉宏。

五、小结

如果本文对你备赛有帮助，欢迎 Star 仓库；有手册型号、标定参数或接线改进，也欢迎提 Issue / PR。

相关链接

• 步进视觉云台：https://github.com/kaka12331/dual-stepper-trapezoid
• 无刷串口驱动：https://github.com/kaka12331/brushless-motor
• 舵机视觉云台：https://github.com/kaka12331/2023-dian-sai-visual-gimbal