【漂移菌】阿加犀犀牛派X1构建STM32编程环境控制步进电机

漂移菌 · 2026 年8 月 28 日 05:41

今天设计的同事突然找我帮忙，说有个产品需要旋转着拍摄各个角度的效果，问我有没有合适的展示盘，实际上没有~ 他说能否做一个。我说：

于是中午午饭和咖啡就到位了。
为了快速实现，我赶紧翻找了一下步进电机，还真有个之前测试用的。
于是，翻了翻百宝箱，找到st-link和一个已经开始锈蚀的stm32f103c8t6，开始接线。

这里省略10000字，特别的简单待会儿文档里面写。

下面就是整个配置和调试的过程。全程半小时，同时让3D设计的同事设计了一个圆盘。

年轻人动作就是快，不到一个小时就给我送过来了。

在模型还在打印的时候，我就开始搭建项目框架了。

顺便简单记录了一下操作过程中需要注意的内容，顺便回顾一下以前学习stm32的时候的一些小技巧。

下面开始：

01 - 环境搭建（从零开始）

本章目标：在犀牛派x1上的 Linux 系统上装好三样东西——交叉编译器、烧录工具、Make，
并验证它们都能正常工作。

本教程以 Ubuntu/Debian 系（包括 AidLux）为例。整个过程只需要一条 apt 命令，
不需要访问 ST 官网注册下载任何东西。

1. 理解我们需要什么

在电脑上给 STM32 写程序，和给电脑本身写程序不一样：

你的电脑是 ARM64/x86 处理器，STM32F103 是 Cortex-M3 处理器，
两者的机器码不通用。
所以我们需要一个"交叉编译器"：在电脑上运行、但生成 STM32 机器码的
gcc，名字叫 arm-none-eabi-gcc。
- arm = 目标 CPU 架构
- none = 目标上没有操作系统（裸机）
- eabi = 嵌入式应用二进制接口（一套调用规范）
编译出来的 .bin 文件要送进芯片，需要烧录工具通过 ST-Link 写进去，
我们用开源的 stlink-tools（提供 st-flash、st-info 等命令）。

2. 一键安装

sudo apt update
sudo apt install gcc-arm-none-eabi binutils-arm-none-eabi stlink-tools make

各包的作用：

软件包	提供的命令	用途
gcc-arm-none-eabi	arm-none-eabi-gcc	交叉编译器
binutils-arm-none-eabi	arm-none-eabi-objcopy 等	把 ELF 转成 BIN/HEX
stlink-tools	st-flash, st-info, st-util	通过 ST-Link 烧录和调试
make	make	读取 Makefile 自动完成编译

注意：gcc-arm-none-eabi 会同时安装一个比较大的 newlib 运行库
（约几百 MB），属于正常现象，不要panic哈哈。

3. 验证安装

逐个运行下面的命令，都应该能打印出版本号：

arm-none-eabi-gcc --version    # 预期输出类似 10.3.1 或更高
make --version                 # 预期 GNU Make 4.x
st-flash --version             # 预期 v1.7.0 或更高

如果某条命令提示 command not found，说明对应软件包没装上，
回到第 2 步检查 apt 的输出。

4. 验证 ST-Link 被系统识别

把 ST-Link 插上 USB，运行：

lsusb | grep -i st

预期看到一行：

Bus 001 Device 005: ID 0483:3748 STMicroelectronics ST-LINK/V2

0483:3748 就是 ST-Link V2 的 USB 厂商/产品 ID。看不到的话检查 USB 线
（很多便宜 USB 线只有电源线没有数据线！）和 USB 口。

5. 验证 ST-Link 与 STM32 芯片的通信

按 02-硬件接线.md 接好 SWD 四根线后运行：

st-info --probe

正常会输出：

Found 1 stlink programmers
  version:    V2J27S6          <- ST-Link 固件版本
  serial:     130057...        <- 序列号
  flash:      65536 (pagesize: 1024)   <- 识别到 64KB Flash
  sram:       20480                    <- 识别到 20KB SRAM
  chipid:     0x0410           <- 0x0410 = STM32F103 中容量型
  descr:      F1xx Medium-density

看到 chipid: 0x0410 就说明电脑 → ST-Link → STM32 整条链路完全正常，
可以直接进入烧录环节了。

6.（可选）openocd —— 另一个烧录工具

stlink-tools 之外还有一个更通用的开源工具 OpenOCD，功能更强（支持
GDB 单步调试），本项目不需要它，但装上备用无妨：

sudo apt install openocd

用 openocd 烧录本项目的等价命令：

openocd -f interface/stlink.cfg -f target/stm32f1x.cfg \
    -c "program build/stepper.elf verify reset exit"

7.（可选）GDB 在线调试

stlink-tools 自带的 st-util 可以开一个 GDB 服务器，
配合 arm-none-eabi-gdb 就能单步调试芯片上正在跑的程序：

# 终端 1：
st-util          # 监听 4242 端口

# 终端 2：
arm-none-eabi-gdb build/stepper.elf
(gdb) target extended-remote localhost:4242
(gdb) load       # 烧录
(gdb) break main
(gdb) continue   # 运行到 main 停下

初学者暂时用不到，先混个眼熟即可。

02 - 硬件接线详解

这里需要把每一块硬件、每一根线搞清楚。接线错误是初学者烧板子的第一大原因，
请务必逐条对照检查后再上电。

1. 认识你的硬件

STM32F103C8T6 最小系统板

板子一侧有 4 根一组的排针（通常在短边），丝印从上往下一般是：

3.3V  DIO(或SWDIO)  DCLK(或SWCLK)  GND

这就是 SWD 调试口，烧录就走这里。

ST-Link V2

金属小U盘或小白条形状，正面 10 个焊盘/排针，丝印通常是两排：

RST   SWCLK   SWIM    SWDIO   GND
3.3V  5V      5V      3.3V    GND   （不同卖家顺序可能不同，以你手上的丝印为准！）

市面上 ST-Link 外壳至少有三四种引脚排列，一定以实物丝印为准，
不要照抄任何一张网图。

ULN2003 驱动板 + 28BYJ-48 电机

驱动板上有：IN1~IN4 四个信号输入针、+/- 两个电源针、
4 个 LED 指示灯、一个白色电机插座。电机插头有防呆，直接插到白色插座。

2. 第一部分：ST-Link ↔ STM32（烧录/调试用）

ST-Link	STM32 板	说明
SWDIO	DIO（SWDIO）	数据线
SWCLK	DCLK（SWCLK）	时钟线
3.3V	3.3V	给开发板供电
GND	GND	共地

要点：

SWDIO 和 SWCLK 不要接反。接反的典型症状是 st-info --probe 识别不到
芯片（chipid 0x0000 或直接报错），对调这两根线即可，一般不会烧东西。
用 ST-Link 的 3.3V 给板子供电时，不要再同时用 USB 线给 STM32 板供电，
两路电源选一个。
线尽量短（15cm 以内最好），SWD 对线长不敏感但太长会不稳定。

3. 第二部分：STM32 ↔ ULN2003 驱动板（电机控制用）

STM32	ULN2003 驱动板	说明
PA1	IN1	信号线 1
PA2	IN2	信号线 2
PA3	IN3	信号线 3
PA4	IN4	信号线 4
GND	电源 `-`	必须共地！

驱动板电源：

电源	接法
驱动板 `+`	接 5V（可用 ST-Link 的 5V 引脚，或独立 USB 5V）
驱动板 `-`	接 GND，并且要和 STM32 的 GND 连在一起

"共地"是最容易被忽略也最关键的一条：IN1~IN4 的 3.3V 信号电平
是以 STM32 的 GND 为参考的，如果驱动板和 STM32 不共地，驱动板无法正确
识别信号，电机会乱抖或不转。

28BYJ-48 额定电压是 5V。不要图省事把驱动板 + 接到 3.3V——
能转但力矩很小、容易失步。

电机插头插到驱动板白色插座（防呆设计，插反插不进）。

4. 完整接线图

        USB
         │
    ┌────┴─────┐
    │ ST-Link  │
    │   V2     │
    └─┬──┬──┬──┘
      │  │  │  3.3V ──────────────► STM32 板 3.3V
      │  │  └ SWDIO ─────────────► STM32 板 DIO
      │  └─── SWCLK ─────────────► STM32 板 DCLK
      └────── GND ──┬────────────► STM32 板 GND
                    │
   STM32 板 PA1 ────┼────────────► 驱动板 IN1
   STM32 板 PA2 ────┼────────────► 驱动板 IN2
   STM32 板 PA3 ────┼────────────► 驱动板 IN3
   STM32 板 PA4 ────┼────────────► 驱动板 IN4
                    └────────────► 驱动板 电源-  (共地)
   ST-Link 5V ──────────────────► 驱动板 电源+
                                    │
                              28BYJ-48 电机（白色插座）

5. 上电自检顺序

先不接电机，只接 ST-Link ↔ STM32，运行 st-info --probe，
确认能识别芯片（说明烧录链路 OK）。
烧录程序（make flash）。
接上驱动板和电机上电。此时驱动板上 4 个 LED 应该按顺序轮流闪烁，
说明信号输出正常；电机应正转一圈、停一秒、反转一圈。
如果 LED 正常轮流闪但电机不转/乱抖 → 问题在电机侧供电或插头

03 - 编译与烧录

这里只要搞明白 make 和 make flash 背后发生了什么，以及每个命令的用法，就可以顺利开始折腾了。

1. 编译：`make`

在项目根目录（Makefile 所在目录）运行：

make

预期输出：

mkdir -p build
arm-none-eabi-gcc -mcpu=cortex-m3 -mthumb -O2 -g ... -c src/main.c -o build/main.o
arm-none-eabi-gcc ... -c startup_stm32f103c8tx.s -o build/startup.o
arm-none-eabi-gcc ... -T STM32F103C8Tx_FLASH.ld ... -o build/stepper.elf
arm-none-eabi-objcopy -O binary build/stepper.elf build/stepper.bin
   text    data    bss    dec    hex  filename
    628       0      4    632    278  build/stepper.elf

发生了什么？

编译分四步：

编译 C 源码：main.c → main.o（目标文件，机器码但还没拼起来）
编译汇编启动文件：startup_stm32f103c8tx.s → startup.o
链接：把所有 .o 按链接脚本 STM32F103C8Tx_FLASH.ld 规定的地址
拼成完整的 stepper.elf（含调试信息）
转换格式：objcopy 把 ELF 转成纯二进制 stepper.bin——
烧录进 Flash 的就是它

最后一行 size 输出告诉你程序占了多少空间：

text（代码+只读数据）628 字节 → 占 Flash，64KB 绰绰有余
data（有初始值的全局变量）0 字节 → Flash 存初值、RAM 存值
bss（无初始值的全局变量）4 字节 → 只占 RAM

编译产物

文件	用途
`build/stepper.elf`	完整固件，调试（GDB）时用
`build/stepper.bin`	纯二进制，`st-flash` 烧录用
`build/stepper.map`	每个函数/变量被放在了哪个地址，排查问题用

修改代码后

改完 src/main.c 直接再 make 即可，Makefile 会自动判断哪些文件变了、
只重新编译变化的部分。想彻底重来：

make clean && make

2. 烧录：`make flash`

make flash

它实际执行的是：

st-flash write build/stepper.bin 0x08000000

两个关键概念：

0x08000000：STM32 的 Flash 起始地址，这是芯片硬件规定的，
所有 STM32 程序都从这个地址烧起。链接脚本里的 ORIGIN = 0x08000000
必须和它一致。
烧录流程：st-flash 会自动擦除目标页 → 写入 → 校验，
最后看到 Flash written and verified! 就是成功，芯片自动复位运行。

成功输出示例：

st-flash 1.7.0
INFO common.c: F1xx Medium-density: 20 KiB SRAM, 64 KiB flash ...
INFO common.c: Attempting to write 628 bytes to stm32 address: 134217728 (0x8000000)
INFO common.c: Flash page at addr: 0x08000000 erased
INFO common.c: Starting Flash write for VL/F0/F3/F1_XL
1/1 pages written
INFO common.c: Starting verification of write complete
INFO common.c: Flash written and verified! jolly good!

3. 其他常用命令

擦除芯片

make erase        # 等价于 st-flash erase

把整块 Flash 清空（程序消失，芯片上电什么都不干）。

复位

make reset        # 等价于 st-flash reset

让芯片从头重新运行（相当于按板子上的 RESET 键）。

检查连接

st-info --probe

任何时候怀疑线松了、板子没上电，先跑这个。能读出 chipid: 0x0410
就说明硬件链路没问题，问题在别处。

4. 烧不进去？按顺序排查

st-info --probe 能否识别芯片？不能 → 查接线去，有时候杜邦线很坑的，尽量用好的杜邦线，例如硅胶那种，5毛-1块钱一根的那种awg 系列的线缆。
报 Couldn't open ST-Link / 权限错误 → 去检查“权限问题"。
提示芯片受保护（read protection）→ 遇到读保护的话看后面内容。
接线全对但时好时坏 → 换短杜邦线、确认板子供电正常
（板子上的电源 LED 是否亮）。

5.（进阶）用 OpenOCD 烧录

如果装了 openocd（sudo apt install openocd），等价烧录命令：

openocd -f interface/stlink.cfg -f target/stm32f1x.cfg \
    -c "program build/stepper.elf verify reset exit"

-f interface/stlink.cfg：告诉 openocd 用的是 ST-Link
-f target/stm32f1x.cfg：目标是 STM32F1 系列
program ... verify reset exit：写入 → 校验 → 复位 → 退出

效果和 make flash 完全一样，二选一即可。

我肯定选择简单有效的咯。

04 - 代码讲解与步进电机原理

这里我们两部分来讲解：先讲电机为什么会转，再逐段讲解 src/main.c，
最后教你怎么改代码实现自己的想法。

第一部分：步进电机原理

28BYJ-48 是什么电机

它是五线四相减速步进电机，内部是"电机本体 + 减速齿轮组"：

电机本体有 4 个线圈（相），对应驱动板的 IN1~IN4
内部齿轮减速比约 64:1，所以本体转 64 圈，输出轴才转 1 圈
本体一圈 32 个半步 → 输出轴一圈 = 32 × 64 = 2048 步（半步模式下
常用资料写作 4096，因为 8 拍序列里每"拍"是半步，实际按 4096 拍一圈计算，
本项目代码取 4096 拍/圈）

市面上的 28BYJ-48 减速比略有公差，实际一圈可能在 4076±若干拍，
对于我同事的这个需求完全够了，所以不纠结了。

它怎么转起来

普通直流电机通电就转，步进电机不同——必须按固定顺序给线圈轮流通电，
电机内部的永磁转子才会一步一步跟着磁场走。每切换一次通电组合，转子走一小步。

8 拍（半步）励磁顺序（本项目采用，力矩和分辨率兼顾）：

拍	IN1	IN2	IN3	IN4	十六进制
1					0x1
2					0x3
3					0x2
4					0x6
5					0x4
6					0xC
7					0x8
8					0x9

正转：按 1→2→3→…→8→1 的顺序循环输出
反转：按 8→7→6→…→1→8 的顺序循环输出
转速：每拍之间停多久。停 2ms → 一圈约 4096×2ms ≈ 8.2 秒
停转：四路全部断电（0x0）。断电后转子不锁死，用手可以拨动

ULN2003 驱动板的作用

STM32 引脚最多输出约 20mA，推不动电机线圈（需要上百 mA）。
ULN2003 是 7 路达林顿管阵列，相当于 7 个"开关放大器"：
STM32 给一个小信号，它就接通大电流回路让线圈得电。板上 4 个 LED
指示哪一路正在通电——调程序时看 LED 就能知道输出对不对。

第二部分：main.c 逐段讲解

寄存器地址定义

#define RCC_BASE        0x40021000UL
#define RCC_APB2ENR     (*(volatile uint32_t *)(RCC_BASE + 0x18))

STM32 的所有外设（GPIO、定时器、串口……）都通过内存映射寄存器控制：
芯片手册（RM0008）规定某个固定地址对应某个控制开关，C 代码里把这个地址
强制转成指针再解引用，就能读写硬件。

volatile：告诉编译器"这个内存随时会被硬件改变，不许优化掉读写"。
写寄存器不带 volatile 是新手最常见的 bug 之一。
这些地址不是背出来的，查 **RM0008《STM32F103 参考手册》**的
“Memory map” 和外设章节即可发现操作如此简单~

GPIO 初始化

static void gpio_init(void)
{
    RCC_APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;   /* 给 GPIOA 开时钟 */

    for (int pin = 1; pin <= 4; pin++) {
        GPIOA_CRL &= ~(0xFUL << (pin * 4));
        GPIOA_CRL |=  (0x2UL << (pin * 4));
    }
}

两条 STM32 的铁律都在这里：

用任何外设前必须先开它的时钟。STM32 为了省电，所有外设上电默认
没有时钟、处于"冻结"状态，写它的寄存器没有任何效果。
RCC_APB2ENR 的第 2 位控制 GPIOA 的时钟。
引脚功能靠配置寄存器选择。GPIOx_CRL 管理 PA0~PA7，每个引脚 4 位：
- MODE[1:0]：输入还是输出、输出多快（我们选 10 = 输出 2MHz）
- CNF[1:0]：输出的话是推挽还是开漏（我们选 00 = 通用推挽）
- 合起来 0b0010 = 0x2

输出一步（BSRR 寄存器）

static void motor_write(uint8_t pattern)
{
    uint32_t bits = (uint32_t)(pattern & 0xF) << 1;
    uint32_t mask = (uint32_t)(~pattern & 0xF) << 1;
    GPIOA_BSRR = bits | (mask << 16);
}

GPIOx_BSRR 是个巧妙而且骚气的寄存器：

低 16 位：写 1 → 对应引脚变高电平（置位 Set）
高 16 位：写 1 → 对应引脚变低电平（复位 Reset）
写 0 的位：引脚保持不变

好处是一次写操作同时完成"点亮该亮的、熄灭该灭的"，不会出现
"先清再置"中间瞬间全灭的状态，电机运行更平滑，最后再录个视频给你们看。

延时（SysTick）

SYSTICK_RVR = (SYSCLK_HZ / 1000UL) - 1UL;  /* 8MHz / 1000 = 8000，计 8000 个数 = 1ms */

SysTick 是 Cortex-M3 内核自带的一个 24 位倒计时定时器：装入重载值后
每个时钟周期减 1，减到 0 时把标志位（COUNTFLAG）置 1。代码不停读标志位
（这叫"轮询"），读一次标志就过去 1ms，循环 ms 次就延时了 ms 毫秒。

STM32F103 上电后默认用内部 8MHz 晶振（HSI）作为系统时钟，
不需要任何配置，所以 SYSCLK_HZ = 8000000。
（最大能跑到 72MHz，但要配置 PLL，入门阶段用不上。）

主循环

while (1) {
    motor_rotate(STEPS_PER_REV, +1);  /* 正转一圈 */
    motor_stop(); delay_ms(1000);
    motor_rotate(STEPS_PER_REV, -1);  /* 反转一圈 */
    motor_stop(); delay_ms(1000);
}

motor_rotate 里有个细节：static int idx 记住当前停在励磁序列的第几拍，
这样多次调用 motor_rotate 之间磁场是连续的，不会跳步。

第三部分：动手改

改转速

#define STEP_DELAY_MS   2     /* 每步 2ms → 一圈约 8.2 秒 */

改大（如 5）→ 变慢，力矩更稳
改小（如 1）→ 变快。28BYJ-48 空载极限大约 1ms/步，再小会失步
（转子跟不上磁场，表现为抖动、异响、不走）

转指定角度

8 拍模式一圈 4096 拍，转 N 度就是 4096 * N / 360 拍：

#define STEPS_FOR_ANGLE(deg)  ((int32_t)(4096L * (deg) / 360))

motor_rotate(STEPS_FOR_ANGLE(90), +1);   /* 正转 90 度 */

用板载 LED（PC13）做心跳指示

最小系统板上 PC13 接了一个 LED（低电平点亮）。在 gpio_init() 里加：

RCC_APB2ENR |= (1UL << 4);              /* 使能 GPIOC 时钟 */
GPIOC_CRH &= ~(0xFUL << 20);            /* PC13 在 CRH（管 8~15 脚的寄存器）的 (13-8)*4=20 位 */
GPIOC_CRH |=  (0x2UL << 20);            /* 推挽输出 */

（GPIOC 基地址 0x40011000，CRH 偏移 0x04，同样查 RM0008。）
然后在主循环里翻转 PC13 就能看到 LED 一闪一闪，说明程序活着。

同款代码下载

为了不占用这里的空间，我把代码传到github上了，有需要直接去取。免费的哦。

>GitHub

下一步就是如何把步进电机和3D打印圆固定到一起。

3D设计同事刚夸完他，就发现没脑子，连个孔也不给我怎么固定呢？
于是聪明如我就拆了他的玩具车，用联轴器固定，并用轮子作为托盘。哈哈

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