初学者
10 分钟

使用DRV8424和TM4C129EKCPDT控制工业级和消费级步进电机

具有简单STEP/DIR接口和高达1/256微步进索引器的PWM微步进步进电机驱动器

Stepper 19 Click with Fusion for Tiva v8

已发布 6月 25, 2024

点击板

Stepper 19 Click

开发板

Fusion for Tiva v8

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

TM4C129EKCPDT

能够提供高达 2.5A 的全量程输出电流,非常适合在机器人、精密系统和自动化中驱动各种步进电机。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Stepper 19 Click 基于 Texas Instruments 的 DRV8424,这是一款为工业和消费应用设计的步进电机驱动器。此集成电路具有全面的集成,包括双 N 沟道功率 MOSFET H 桥驱动器、微步进索引器和集成电流感应。DRV8424 在 5V 至 30V 的外部电源上运行,并能够驱动高达 2.5A 的全量程输出电流。其设计通过使用内部电流感应架构,消除了对外部电源感应电阻的需求,节省了 PCB 空间并降低了整体系统成本。DRV8424 通过内部 PWM 电流调节方案优化性能,提供智能调谐、慢速和混合衰减选项选择。智能调谐功能动态调整以确保最佳电流调节,补偿电机的变化和老化,并最大限度地减少电机产

生的可听噪音。步进电机的控制通过简单的 STEP/DIR 接口实现,允许外部控制器指示电机的步进方向和速度。微步进分辨率从全步到 1/256 步可选,通过 mikroBUS™ 插座的 STP 引脚选择,方向由 DIR 引脚控制。该设备还包括一个低功耗休眠模式,可以通过 RST 引脚访问。它具有多种保护功能,用于处理电源欠压、充电泵故障、过电流、短路和过温等情况,并通过 FLT 引脚指示故障。DRV8424 的启用/禁用功能由 EN 引脚管理。此 Click board™ 通过 NXP 的 8 位 I/O 端口 PCA9538A 实现附加功能,该端口通过 I2C 与主 MCU 接口,通过 ADDR SEL 跳线提供可选地址。除

了 mikroBUS™ 插座上的 DIR 和 STP 引脚外,如果在板上填充 R12 和 R16 电阻,PCA9538A 也可以控制这些功能。这种配置灵活性,加上 DRV8424 的高效性能和 PCA9538A 的广泛控制能力,使 Stepper 19 Click 成为在各种应用场景中驱动步进电机的强大解决方案。此 Click board™ 可以在 3.3V 或 5V 逻辑电压水平下运行,通过 VCC SEL 跳线选择。这种方式下,3.3V 和 5V 的 MCU 都可以正确使用通信线路。此外,此 Click board™ 配备了包含易于使用的函数库和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

Stepper 19 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Fusion for TIVA v8 是一款专为快速开发嵌入式应用的需求而特别设计的开发板。它支持广泛的微控制器,如不同的32位ARM® Cortex®-M基础MCUs,来自Texas Instruments,无论它们的引脚数量如何,并且具有一系列独特功能,例如首次通过WiFi网络实现的嵌入式调试器/程序员。开发板布局合理,设计周到,使得最终用户可以在一个地方找到所有必要的元素,如开关、按钮、指示灯、连接器等。得益于创新的制造技术,Fusion for TIVA v8 提供了流畅而沉浸式的工作体验,允许在任何情况下、任何地方、任何

时候都能访问。Fusion for TIVA v8开发板的每个部分都包含了使同一板块运行最高效的必要组件。一个先进的集成CODEGRIP程序/调试模块提供许多有价值的编程/调试选项,包括对JTAG、SWD和SWO Trace(单线输出)的支持,并与Mikroe软件环境无缝集成。此外,它还包括一个干净且调节过的开发板电源供应模块。它可以使用广泛的外部电源,包括电池、外部12V电源供应和通过USB Type-C(USB-C)连接器的电源。通信选项如USB-UART、USB HOST/DEVICE、CAN(如果MCU卡支持的话)和以

太网也包括在内。此外,它还拥有广受好评的 mikroBUS™标准,为MCU卡提供了标准化插座(SiBRAIN标准),以及两种显示选项,用于TFT板线产品和基于字符的LCD。Fusion for TIVA v8 是Mikroe快速开发生态系统的一个组成部分。它由Mikroe软件工具原生支持,得益于大量不同的Click板™(超过一千块板),其数量每天都在增长,它涵盖了原型制作和开发的许多方面。

Fusion for Tiva v8 horizontal image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

类型

8th Generation

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

Texas Instruments

引脚数

128

RAM (字节)

262144

你完善了我!

配件

28BYJ-48 是一种适应性强的 5VDC 步进电机,具有紧凑的设计,适用于各种应用。它具有四个相位,速度变化比为 1/64,步距角为 5.625°/64 步,允许精确控制。该电机在 100Hz 频率下运行,在 25°C 时具有 50Ω ±7% 的直流电阻。其静态牵引频率大于 600Hz,空载牵引频率超过 1000Hz,确保在不同场景中的可靠性。在 120Hz 下,自定位转矩和静态牵引转矩均超过 34.3mN.m,提供强大的性能。其摩擦转矩范围为 600 到 1200 gf.cm,而牵入转矩为 300 gf.cm。这款电机是您步进电机需求的可靠且高效的选择。

Stepper 19 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Stepping Direction Control
PD0
AN
Sleep Mode Control / ID SEL
PK3
RST
Device Enable / ID COMM
PH0
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Step Input Control
PL4
PWM
Fault Interrupt
PQ4
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PD2
SCL
I2C Data
PD3
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Stepper 19 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Fusion for PIC v8 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Fusion for Tiva v8作为您的开发板开始

Fusion for PIC v8 front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
SiBRAIN for PIC32MZ1024EFK144 front image hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product7 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
NECTO Compiler Selection Step Image hardware assembly
NECTO Output Selection Step Image hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Necto image step 7 hardware assembly
Necto image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Necto PreFlash Image hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 Stepper 19 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • stepper19_rotate_by_angle - 此函数以所需的步进速度和角度旋转轴。

  • stepper19_rotate_by_step - 此函数以选定速度旋转轴到特定步数。

  • stepper19_set_direction - 此函数设置电机运动的方向:顺时针或逆时针。

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 19 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of Stepper 19 Click board 
 * by driving the motor in both directions for a desired rotation angle.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * The initialization of I2C module and log UART.
 * After driver initialization, the app sets the default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * The application task represents an example that demonstrates 
 * the use of the Stepper 19 Click board with which the user can sequentially move the motor. 
 * The first part of the sequence executes the clockwise/counterclockwise motor movement 
 * for an angle of 90 degrees with a step speed of 50%, 
 * all the way to the last sequence of the same movement routine 
 * of 360 degree angle with a step speed of 90%. 
 * Results are being sent to the UART Terminal, where you can track their changes.
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "stepper19.h"


// Bipolar stepper motor, resolution of 200 steps per revolution (1.8 degrees)
#define STEPPER19_STEP_RES_200    200

static stepper19_t stepper19;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stepper19_cfg_t stepper19_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.
    stepper19_cfg_setup( &stepper19_cfg );
    STEPPER19_MAP_MIKROBUS( stepper19_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == stepper19_init( &stepper19, &stepper19_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( STEPPER19_ERROR == stepper19_default_cfg ( &stepper19 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
    log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
}

void application_task ( void ) 
{
    log_printf( &logger, " Clockwise motion\r\n" );
    log_printf( &logger, " Angle of rotation :  90 degrees\r\n" );
    log_printf( &logger, " Step speed        :  50 %%\r\n" );
    stepper19_set_direction( &stepper19, STEPPER19_DIR_CLOCKWISE );
    if ( STEPPER19_OK == stepper19_rotate_by_angle( &stepper19, 50, 90, STEPPER19_STEP_RES_200 ) )
    {
        log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
        Delay_ms ( 1000 ); 
        Delay_ms ( 1000 );
    }
    
    log_printf( &logger, " Counterclockwise motion\r\n" );
    log_printf( &logger, " Angle of rotation :  180 deg\r\n" );
    log_printf( &logger, " Step speed        :  50 %%\r\n" );
    stepper19_set_direction( &stepper19, STEPPER19_DIR_COUNTERCLOCKWISE );
    if ( STEPPER19_OK == stepper19_rotate_by_angle( &stepper19, 50, 180, STEPPER19_STEP_RES_200 ) )
    {
        log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
        Delay_ms ( 1000 ); 
        Delay_ms ( 1000 );
    }
    
    log_printf( &logger, " Clockwise motion\r\n" );
    log_printf( &logger, " Angle of rotation : 270 deg\r\n" );
    log_printf( &logger, " Step speed        :  90 %% \r\n" );
    stepper19_set_direction( &stepper19, STEPPER19_DIR_CLOCKWISE );
    if ( STEPPER19_OK == stepper19_rotate_by_angle( &stepper19, 90, 270, STEPPER19_STEP_RES_200 ) )
    {
        log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
        Delay_ms ( 1000 ); 
        Delay_ms ( 1000 );
    }
    
    log_printf( &logger, " Counterclockwise motion\r\n" );
    log_printf( &logger, " Angle of rotation : 360 deg\r\n" );
    log_printf( &logger, " Step speed        : 90 %%\r\n" );
    stepper19_set_direction( &stepper19, STEPPER19_DIR_COUNTERCLOCKWISE );
    if ( STEPPER19_OK == stepper19_rotate_by_angle( &stepper19, 90, 360, STEPPER19_STEP_RES_200 ) )
    {
        log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
        Delay_ms ( 1000 ); 
        Delay_ms ( 1000 );
    }
    
    log_printf( &logger, " Clockwise motion\r\n" );
    log_printf( &logger, " Angle of rotation : 360 deg\r\n" );
    log_printf( &logger, " Step speed        : 90 %% \r\n" );
    stepper19_set_direction( &stepper19, STEPPER19_DIR_CLOCKWISE );
    if ( STEPPER19_OK == stepper19_rotate_by_angle( &stepper19, 90, 360, STEPPER19_STEP_RES_200 ) )
    {
        log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
        Delay_ms ( 1000 ); 
        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

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