初学者
10 分钟

使用 DRV8426 和 TM4C1294NCZAD 确保步进电机的静音和平稳运动控制

触手可及的无缝运动控制!

Stepper 18 Click with Fusion for Tiva v8

已发布 6月 26, 2024

点击板

Stepper 18 Click

开发板

Fusion for Tiva v8

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

TM4C1294NCZAD

体验无缝运动控制,我们用户友好的集成电机驱动解决方案,专为双极步进电机而设计。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Stepper 18 Click基于Texas Instruments的DRV8426,这是一款集成的电机驱动解决方案,用于双极步进电机,具有集成电流感知、1/256微步进、STEP/DIR接口和智能调节技术。它通过集成两个N通道功率MOSFET H桥、电流感知电阻和调节电路以及微步进索引器,能够驱动高达1.5A的全量程输出电流。步进电机驱动器需要通过实施多种衰减模式来重新循环绕组电流,如慢衰减、混合衰减和快速衰减。DRV8426配备了智能调谐衰减模式,表示一种衰减机制,可自动调节以实现对电压、电机速度、变化和老化效应等的最佳电流调节性能。除了这种自动智能调谐外,DRV8426还提供了慢-混合和混合衰减等传统衰减模式。VREF引脚上的电压通过来自Microchip的12位数字模拟转换器MCP4726调节电流调节设定点。因此,数

字值被转换为与收到的12位数字成比例的适当电压水平(VCC)。MCP4726还集成了EEPROM,用于存储DAC寄存器和配置位值,并通过支持标准(100 kHz)、快速(400 kHz)和高速(3.4 MHz)I2C模式的I2C 2线接口与MCU通信。除了I2C通信外,Stepper 18 Click还使用几个GPIO引脚与MCU通信。一个简单的STEP/DIR接口,标记为STP和DIR并路由到mikroBUS™插座上的PWM和AN引脚,允许MCU管理步进电机的方向和步进速率。内部微步进索引器可以在不需要MCU处理绕组电流水平的情况下执行高精度微步进。通过板载SMD开关路由到M0和M1引脚,索引器可以实现全步进、半步进、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128和1/256微步进。此外,高微步进有助于显著降低听觉噪音并实现平滑运动。使能引

脚,标记为EN并路由到mikroBUS™插座上的CS引脚,优化功耗并用于电源开关。在这种状态下,包括接口引脚在内的所有电路都处于非活动状态,并且DRV8426以最小功耗形式存在。此外,还包括低功耗睡眠功能,通过mikroBUS™插座上的RST引脚与故障中断功能一起路由到INT引脚。睡眠模式使系统在不主动驱动电机时节省功率。该Click board™支持电机的外部电源供应,可连接到标记为VM的输入端子,其电压应在4.5V至33V范围内,而步进电机线圈可连接到标记为A1、B2、B1和A2的端子。此Click board™只能使用3.3V逻辑电压电平。在使用具有不同逻辑电平的MCU之前,板上必须执行适当的逻辑电压电平转换。此外,它配备了一个包含功能和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Stepper 18 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)

1024

硅供应商

Texas Instruments

引脚数

212

RAM (字节)

262144

你完善了我!

配件

28BYJ-48是一款多用途的5V直流步进电机,设计紧凑,非常适合各种应用。它具有四个相位,速度变化比为1/64,步距角为5.625°/64步,可以实现精确控制。该电机以100Hz的频率运行,在25°C时的直流电阻为50Ω ±7%。它具有大于600Hz的空载静态摩擦频率和超过1000Hz的空载动态摩擦频率,确保在不同场景下的可靠性。28BYJ-48在120Hz时具有自定位力矩和静态摩擦力矩均超过34.3mN.m的性能。其摩擦力矩范围从600到1200 gf.cm,而吸合力矩为300 gf.cm。这款电机是您步进电机需求的可靠高效选择。

Stepper 18 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Stepping Direction
PE3
AN
Sleep Mode
PB6
RST
Enable
PE7
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Step Rate
PD0
PWM
Fault Indicator
PB4
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB2
SCL
I2C Data
PB3
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Stepper 18 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
v8 SiBRAIN Access MB 1 - upright/background 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 18 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • stepper18_set_out_voltage - 设置电压参考。

  • stepper18_set_dir - 设置方向。

  • stepper18_move_motor_angle - 按角度值移动电机。

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 Stepper18 Click example
 *
 * # Description
 * This example showcases the device's ability to control the motor.
 * It initializes the device for control and moves the motor in two 
 * directions in a variety of speeds for 360 degrees.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes UART and I2C communication modules, and additional  
 * pins for motor control, and set's default configuration
 *
 * ## Application Task
 * First it move motor clockwise for 360 degrees in medium speed. 
 * Then changes direction and moves motor for 180 degrees in slow speed,
 * and additional 180 degrees in fast speed.
 *
 * @note
 * Step resolution is changed by the switches[ M0, M1 ] on device.
 * Full step    :   M0=>0 ,     M1=>0
 * Half step    :   M0=>1 ,     M1=>0
 * Quarter step :   M0=>0 ,     M1=>1
 * 1/8 step     :   M0=>1 ,     M1=>1
 * 1/16 step    :   M0=>Hi-Z ,  M1=>1
 * 1/32 step    :   M0=>0 ,     M1=>Hi-Z
 * 1/64 step    :   M0=>Hi-Z ,  M1=>0
 * 1/128 step   :   M0=>Hi-Z ,  M1=>Hi-Z
 * 1/256 step   :   M0=>1 ,     M1=>0
 *
 * @author Luka Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "stepper18.h"

static stepper18_t stepper18;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stepper18_cfg_t stepper18_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.
    stepper18_cfg_setup( &stepper18_cfg );
    STEPPER18_MAP_MIKROBUS( stepper18_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = stepper18_init( &stepper18, &stepper18_cfg );
    if ( init_flag == I2C_MASTER_ERROR ) 
    {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );
        for ( ; ; );
    }

    stepper18_default_cfg ( &stepper18 );
    log_info( &logger, " Application Task " );
    stepper18_set_dir( &stepper18, 0 );
}

void application_task ( void ) 
{
    static uint8_t direction = 0;
    log_printf( &logger, "> Move 360deg in CW direction.\r\n" );
    stepper18_move_motor_angle( &stepper18, 360, STEPPER18_STEP_RES_FULL, STEPPER18_SPEED_MEDIUM );
    direction = !direction;
    stepper18_set_dir( &stepper18, direction );
    Delay_ms ( 500 );
    log_printf( &logger, "> Move 180deg in CCW direction.\r\n" );
    stepper18_move_motor_angle( &stepper18, 180, STEPPER18_STEP_RES_FULL, STEPPER18_SPEED_SLOW );
    Delay_ms ( 1000 );
    log_printf( &logger, "> Move 180deg in CCW direcion.\r\n" );
    stepper18_move_motor_angle( &stepper18, 180, STEPPER18_STEP_RES_FULL, STEPPER18_SPEED_FAST );
    direction = !direction;
    stepper18_set_dir( &stepper18, direction );
    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
/*!
 * @file main.c
 * @brief Stepper18 Click example
 *
 * # Description
 * This example showcases the device's ability to control the motor.
 * It initializes the device for control and moves the motor in two 
 * directions in a variety of speeds for 360 degrees.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes UART and I2C communication modules, and additional  
 * pins for motor control, and set's default configuration
 *
 * ## Application Task
 * First it move motor clockwise for 360 degrees in medium speed. 
 * Then changes direction and moves motor for 180 degrees in slow speed,
 * and additional 180 degrees in fast speed.
 *
 * @note
 * Step resolution is changed by the switches[ M0, M1 ] on device.
 * Full step    :   M0=>0 ,     M1=>0
 * Half step    :   M0=>1 ,     M1=>0
 * Quarter step :   M0=>0 ,     M1=>1
 * 1/8 step     :   M0=>1 ,     M1=>1
 * 1/16 step    :   M0=>Hi-Z ,  M1=>1
 * 1/32 step    :   M0=>0 ,     M1=>Hi-Z
 * 1/64 step    :   M0=>Hi-Z ,  M1=>0
 * 1/128 step   :   M0=>Hi-Z ,  M1=>Hi-Z
 * 1/256 step   :   M0=>1 ,     M1=>0
 *
 * @author Luka Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "stepper18.h"

static stepper18_t stepper18;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stepper18_cfg_t stepper18_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.
    stepper18_cfg_setup( &stepper18_cfg );
    STEPPER18_MAP_MIKROBUS( stepper18_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = stepper18_init( &stepper18, &stepper18_cfg );
    if ( init_flag == I2C_MASTER_ERROR ) 
    {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );
        for ( ; ; );
    }

    stepper18_default_cfg ( &stepper18 );
    log_info( &logger, " Application Task " );
    stepper18_set_dir( &stepper18, 0 );
}

void application_task ( void ) 
{
    static uint8_t direction = 0;
    log_printf( &logger, "> Move 360deg in CW direction.\r\n" );
    stepper18_move_motor_angle( &stepper18, 360, STEPPER18_STEP_RES_FULL, STEPPER18_SPEED_MEDIUM );
    direction = !direction;
    stepper18_set_dir( &stepper18, direction );
    Delay_ms ( 500 );
    log_printf( &logger, "> Move 180deg in CCW direction.\r\n" );
    stepper18_move_motor_angle( &stepper18, 180, STEPPER18_STEP_RES_FULL, STEPPER18_SPEED_SLOW );
    Delay_ms ( 1000 );
    log_printf( &logger, "> Move 180deg in CCW direcion.\r\n" );
    stepper18_move_motor_angle( &stepper18, 180, STEPPER18_STEP_RES_FULL, STEPPER18_SPEED_FAST );
    direction = !direction;
    stepper18_set_dir( &stepper18, direction );
    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

额外支持

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