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20 分钟

使用 A4989SLD 和 ATmega328P 实现高功率两相双极步进电机控制

面向工业应用的高功率、高精度步进电机控制解决方案

Power Step Click with Arduino UNO Rev3

已发布 7月 14, 2025

点击板

Power Step Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

您在严苛工业环境中驱动高性能步进电机的理想选择

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Power Step Click 基于 Allegro Microsystems 的 A4989SLD,这是一款带有微步进译码器的双全桥 MOSFET 驱动器。该板专为控制高功率工业级双相步进电机而设计,适用于功率范围从 30W 到 500W 的应用。它通过八个外部 N 沟道功率 MOSFET(IPZ40N04S5L-4R8)进行驱动,可在 12V 至 35V 的 VIN 电压范围内输出高达 20A 的电机电流。A4989SLD 的核心是两个正弦波 DAC,它们为两个固定关断时间 PWM 电流控制器提供参考电压,实现了两个全桥驱动器输出的精确电流调节。除了内部 DAC,该板还集成了一个 REF 可调电阻,用于手动设置电流调节参考电压,使用户能够根据具体应用需求精细调节电机电流,进一步提高系统的灵活性。Power Step Click 是工程师在追求高功率输出同时希望降低控制复杂度的理想解决方案。它采用简单的两线控制接口——步进(STP)和方向(DIR)输入信

号,支持全步、半步、四分步和十六分步的微步控制,步进分辨率可通过多功能开关引脚 3 和 4 的组合进行设置。A4989SLD 内部的译码逻辑简化了控制逻辑,每次 STP 引脚接收到上升沿脉冲时,电机将按照设定的微步分辨率前进一步,而无需高频控制信号或复杂的相位顺序切换逻辑。此外,驱动器还支持多种衰减模式——慢衰减、混合衰减和快衰减,用户可通过设置多功能开关引脚 1 和 2 的组合来调整混合衰减中快衰减所占比例,从而在不同工作状态下实现更安静的运行、更高的步进精度和更低的功耗。除了用于步进控制的 STP 引脚,Power Step Click 还包含多个控制输入,以增强灵活性和性能。DIR 引脚用于设置电机旋转方向,当其为低电平时电机顺时针旋转,为高电平时逆时针旋转。需要注意的是,DIR 状态的改变仅在下一个 STP 脉冲的上升沿生效,确保方向切换与步进逻辑同步并保持精度。此外,该板还提供 RST

 引脚用于将 A4989SLD 重置为默认状态,以及 EN 引脚用于控制电机输出使能。当 EN 引脚有效时,驱动输出开启,电机开始运作;当 EN 无效时,所有输出关闭,系统进入低功耗或空闲状态。Power Step Click 还带有一个 SR SEL 跳线,用于设置同步整流功能的行为。当 SR SEL 跳线处于位置 0(主动模式)时,器件在检测到电流为零时禁用同步整流,有效防止电流反向流动,从而降低 MOSFET 的功耗同时保持精确的电流控制。而当跳线处于位置 1(禁用模式)时,同步整流功能完全关闭。该 Click 板支持通过 VCC SEL 跳线选择 3.3V 或 5V 逻辑电平供电,因此可兼容 3.3V 和 5V 控制器。该板还配套提供易于使用的功能库和示例代码,可作为用户进一步开发的参考基础。

Power Step Click hardware overview image

功能概述

开发板

Arduino UNO 是围绕 ATmega328P 芯片构建的多功能微控制器板。它为各种项目提供了广泛的连接选项,具有 14 个数字输入/输出引脚,其中六个支持 PWM 输出,以及六个模拟输入。其核心组件包括一个 16MHz 的陶瓷谐振器、一个 USB 连接器、一个电

源插孔、一个 ICSP 头和一个复位按钮,提供了为板 子供电和编程所需的一切。UNO 可以通过 USB 连接到计算机,也可以通过 AC-to-DC 适配器或电池供电。作为第一个 USB Arduino 板,它成为 Arduino 平台的基准,"Uno" 符号化其作为系列首款产品的地

位。这个名称选择,意为意大利语中的 "一",是为了 纪念 Arduino Software(IDE)1.0 的推出。最初与 Arduino Software(IDE)版本1.0 同时推出,Uno 自此成为后续 Arduino 发布的基础模型,体现了该平台的演进。

Arduino UNO Rev3 double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

AVR

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

Microchip

引脚数

28

RAM (字节)

2048

你完善了我!

配件

Click Shield for Arduino UNO 具有两个专有的 mikroBUS™ 插座,使所有 Click board™ 设备能够轻松与 Arduino UNO 板进行接口连接。Arduino UNO 是一款基于 ATmega328P 的微控制器开发板,为用户提供了一种经济实惠且灵活的方式来测试新概念并构建基于 ATmega328P 微控制器的原型系统,结合了性能、功耗和功能的多种配置选择。Arduino UNO 具有 14 个数字输入/输出引脚(其中 6 个可用作 PWM 输出)、6 个模拟输入、16 MHz 陶瓷谐振器(CSTCE16M0V53-R0)、USB 接口、电源插座、ICSP 头和复位按钮。大多数 ATmega328P 微控制器的引脚都连接到开发板左右两侧的 IO 引脚,然后再连接到两个 mikroBUS™ 插座。这款 Click Shield 还配备了多个开关,可执行各种功能,例如选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平,以及选择 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换电压转换器使用任何 Click board™,无论 Click board™ 运行在 3.3V 还是 5V 逻辑电压电平。一旦将 Arduino UNO 板与 Click Shield for Arduino UNO 连接,用户即可访问数百种 Click board™,并兼容 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的设备。

Click Shield for Arduino UNO accessories 1 image

17HD40005-22B 步进电机是一款双相混合电机,具有高扭矩、高速度和低噪音性能。它配有一根 1 米长的电线,连接端有可选端口,并带有热缩管以防止缠绕。电机的 D 形轴长为 22mm。该电机采用斩波波恒流驱动,具有双相 4 线激励模式,可实现正反转。电源顺序按照 AB-BC-CD-DA 顺序排列,从轴端看为顺时针方向。其额定电流为 1.3A DC,额定电压为 2.4V,步进角为 1.8°,绝缘等级为 B。此步进电机非常适用于需要精确运动控制和可靠性的应用。

Power Step Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Direction Control
PC0
AN
Reset / ID SEL
PD2
RST
Output Enable / ID COMM
PB2
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Stepping Control
PD6
PWM
NC
NC
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Power Step Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Arduino UNO Rev3作为您的开发板开始。

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 front image hardware assembly
Charger 27 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Charger 27 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product8 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Arduino UNO MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

软件支持

库描述

Power Step Click 演示应用程序使用 NECTO Studio开发,确保与 mikroSDK 的开源库和工具兼容。该演示设计为即插即用,可与所有具有 mikroBUS™ 插座的 开发板、入门板和 mikromedia 板完全兼容,用于快速实现和测试。

示例描述
本示例展示了如何使用 Power Step Click 板驱动步进电机按设定步数正反转动。

关键功能:

  • powerstep_cfg_setup - 初始化 Click 配置结构为初始值。

  • powerstep_init - 初始化用于该 Click 板的所有必要引脚和外设。

  • powerstep_reset_device - 通过设置 RST 引脚电平复位设备。

  • powerstep_drive_motor - 按所选速度驱动电机运行指定步数。

应用初始化
初始化日志记录器和 Power Step Click 驱动器,并复位设备。

应用任务
将电机以 100 步慢速和 300 步中速顺时针旋转,然后以 400 步快速逆时针旋转,在每次驱动模式切换之间延迟 1 秒。所有运行数据将通过 USB UART 记录,可用于跟踪程序流程。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief Power Step Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Power Step Click board by driving the 
 * motor in both directions for a desired number of steps.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and resets the device.
 *
 * ## Application Task
 * Drives the motor clockwise for 100 slow steps and 300 medium speed steps and
 * then counter-clockwise for 400 fast steps with a 1 second delay on driving mode change. 
 * All data is being logged on the USB UART where you can track the program flow.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "powerstep.h"

static powerstep_t powerstep;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    powerstep_cfg_t powerstep_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    powerstep_cfg_setup( &powerstep_cfg );
    POWERSTEP_MAP_MIKROBUS( powerstep_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( DIGITAL_OUT_UNSUPPORTED_PIN == powerstep_init( &powerstep, &powerstep_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }

    powerstep_reset_device ( &powerstep );

    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    log_printf ( &logger, " Move 100 steps clockwise, speed: slow\r\n\n" );
    powerstep_set_direction ( &powerstep, POWERSTEP_DIR_CW );
    powerstep_drive_motor ( &powerstep, 100, POWERSTEP_SPEED_SLOW );
    Delay_ms ( 1000 );

    log_printf ( &logger, " Move 300 steps clockwise, speed: medium\r\n\n" );
    powerstep_set_direction ( &powerstep, POWERSTEP_DIR_CW );
    powerstep_drive_motor ( &powerstep, 300, POWERSTEP_SPEED_MEDIUM );
    Delay_ms ( 1000 );

    log_printf ( &logger, " Move 400 steps counter-clockwise, speed: fast\r\n\n" );
    powerstep_set_direction ( &powerstep, POWERSTEP_DIR_CCW );
    powerstep_drive_motor ( &powerstep, 400, POWERSTEP_SPEED_FAST );
    Delay_ms ( 1000 );
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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