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使用 MAX22210 和 STM32F446RE 实现平稳安静的步进电机控制

本文展示了通过结合 Stepper 27 Click 和 Nucleo 64 with STM32F446RE MCU 构建的 2 相步进电机控制解决方案的参考设计

Stepper 27 Click with Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

已发布 7月 23, 2025

点击板

Stepper 27 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F446RE

非常适用于需要精确、微调步进电机控制的工业自动化系统

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Stepper 27 Click 基于 Analog Devices 的 MAX22210,这是一款用于控制两相步进电机的高度集成型驱动器。该器件内建两个低阻抗 H 桥,典型总导通电阻(高侧 + 低侧)仅为 0.25Ω,确保电机运行时具有极低的功耗和高效的驱动能力。MAX22210 结合精确的电流调节系统与 128 微步索引器,通过 mikroBUS™ 插座上的 STP 和 DIR 引脚提供标准 STEP/DIR 接口控制,具体运行模式则可通过 MODE SEL 跳线进行配置。这种先进的控制逻辑可以实现电机的平滑、静音运动,是对精密运动控制场景的理想选择。该驱动器通过低侧 MOSFET 上的非耗散式集成电流检测(ICS)来监控电机电流,并与预设阈值进行比较。一旦电流超过该阈值,MAX22210 会根据设置启动三种可选的电流衰减模式之一:慢速衰减、混

合衰减或自适应衰减,这些衰减方式均可通过 DECAY SEL 跳线配置,以适应不同电机与负载行为。Stepper 27 Click 使用外部电源通过 VM 接口供电,支持 4.5V 到 36V 的宽输入电压范围,可为小型容性负载提供高达 3.8A 的冲击电流,或在稳态运行中提供最高 3A 的全范围电流,内建的过流保护机制可确保驱动器与电机的安全。对于需要在低电流(通常低于 1.5A)下高精度运行的应用,HFS SEL 跳线可以配置为将全范围电流限制减半,进而使低侧 MOSFET 电阻加倍,从而提高电流控制的精度。该 Click 板还具备多种强大的故障保护机制,包括热关断(TSD)、欠压锁定(UVLO)以及过流保护。SLP 引脚用于激活低功耗休眠模式,可关闭所有内部偏置电路与输出,而 EN 引脚则控制电机输出的启用。故

障检测通过 FLT 引脚实现,该引脚为开漏输出并在发生热、欠压或过流情况时拉低,触发故障响应。板载配有两个状态指示 LED:红色 FAULT LED 对应 FLT 引脚,黄色 ENABLE LED 对应 EN 引脚,提供直观的运行状态反馈。此外,MAX22210 还提供两个开漏 TRIGA 和 TRIGB 输出信号,可用于触发外部 ADC 实现电流同步采样。这些 TRIGx 信号反映内部 PWM 活动,可被用于实时诊断,如检测电机堵转或非正常运行行为,为系统提供有效的运行数据洞察。本 Click 板支持 3.3V 或 5V 逻辑电平操作,可通过 VCC SEL 跳线选择逻辑电平,从而适配各种主控平台。同时,本板附带软件库和示例代码,可作为后续开发的参考。

Stepper 27 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F446RE MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于 ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

131072

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 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器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 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。

Stepper 27 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Direction Control
PC0
AN
Sleep Mode / ID SEL
PC12
RST
Output Enable / ID COMM
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Step Control
PC8
PWM
Fault Indication
PC14
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

Stepper 27 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32F446RE MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 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
Clicker 4 for STM32F4 HA 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

Stepper 27 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
本示例演示了如何使用 Stepper 27 Click 板,通过指定步数以正反两个方向驱动步进电机。

关键功能:

  • stepper27_cfg_setup - 初始化 Click 配置结构为默认值。

  • stepper27_init - 初始化所有该 Click 板使用的引脚和外设。

  • stepper27_set_direction - 通过设置 DIR 引脚的逻辑状态来设定电机旋转方向。

  • stepper27_drive_motor - 以选定的速度驱动电机运行指定步数。

应用初始化
初始化驱动程序并重置设备。

应用任务
电机先顺时针转动 100 步(慢速)和 300 步(中速),然后逆时针转动 400 步(快速),每次改变驱动模式前延迟 1 秒。所有信息将记录在 USB UART 上,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 Stepper 27 Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Stepper 27 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 "stepper27.h"

static stepper27_t stepper27;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stepper27_cfg_t stepper27_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.
    stepper27_cfg_setup( &stepper27_cfg );
    STEPPER27_MAP_MIKROBUS( stepper27_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( DIGITAL_OUT_UNSUPPORTED_PIN == stepper27_init( &stepper27, &stepper27_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }

    stepper27_reset_device ( &stepper27 );

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

void application_task ( void ) 
{
    log_printf ( &logger, " Move 100 steps clockwise, speed: slow\r\n\n" );
    stepper27_set_direction ( &stepper27, STEPPER27_DIR_CW );
    stepper27_drive_motor ( &stepper27, 100, STEPPER27_SPEED_SLOW );
    Delay_ms ( 1000 );

    log_printf ( &logger, " Move 300 steps clockwise, speed: medium\r\n\n" );
    stepper27_set_direction ( &stepper27, STEPPER27_DIR_CW );
    stepper27_drive_motor ( &stepper27, 300, STEPPER27_SPEED_MEDIUM );
    Delay_ms ( 1000 );

    log_printf ( &logger, " Move 400 steps counter-clockwise, speed: fast\r\n\n" );
    stepper27_set_direction ( &stepper27, STEPPER27_DIR_CCW );
    stepper27_drive_motor ( &stepper27, 400, STEPPER27_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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