初学者
10 分钟

使用 STSPIN220 和 TM4C1294NCZAD 在艰难环境中控制步进电机

静音且高精度的步进电机驱动解决方案,每个桥臂可提供高达 1.5A 的电流

STSPIN820 Click with Fusion for Tiva v8

已发布 6月 24, 2024

点击板

STSPIN820 Click

开发板

Fusion for Tiva v8

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

TM4C1294NCZAD

具有步进时钟和方向接口的高级256微步集成电机驱动器。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

STSPIN820 Click基于STMicroelectronics的先进步进电机驱动器STSPIN820。该单片IC集成了电源MOSFET和逻辑电路,简化了连接的双极步进电机的控制和可靠运行。该IC具有支持高达256微步的微步进序列器,能够实现非常平滑和静音的运动。步进序列器还控制VREF电压,在微步进期间使线圈中的电流达到最佳。在全步模式下,通过线圈的最大电流由VREF控制。随着序列器通过微步进传播,VREF按循环模式进一步降低,确保每一步的最大功率效率。STSPIN820具有两个PWM电流控制器,每个H桥具有固定的OFF时间,在此期间进行电流衰减序列。这有效地限制了通过连接电机相的最大电流。此Click板™上的OFF(衰减)时间约为25µs。DECAY引脚确定衰减模式。在混合衰减模式(DECAY引脚为低逻辑电平)下,衰减周期分为慢衰减和快衰减部分。慢衰减部分持续总OFF时间的5/8,而快衰减部分持续总OFF时间的3/8。当

DECAY引脚处于高逻辑电平时,慢衰减模式持续整个OFF时间。PWM电流控制器比较两个检测电阻(VSENS1和VSENS2)上的电压和VREF电压,可以通过电位器进行调整。当VSENS超过VREF电压时,会触发电流限制,OFF定时器开始计时。STSPIN820包含两个独立的H桥,每个H桥控制双极步进电机的一个相位。电机可以通过使用以下引脚进行控制:DIR、STCK、RST、EN和FAULT。DIR引脚确定旋转方向。如果设置为高逻辑电平,内部微步进计数器将在通过STCK引脚的每个脉冲时增加其值。此引脚上的低逻辑电平将导致微步进序列器减少其计数器。DIR引脚也路由到mikroBUS™引脚AN(标记为DIR)。Click板™上的SW1、SW2和SW3开关用于确定步进大小。它们分别连接到MODE 1、MODE 2和MODE 3引脚。所有这些开关都可以在操作期间随时设置模式。STSPIN820的STBY/RESET(RST)引脚用

于将两个桥输出设置为高阻模式,断开电源与H桥的连接。此引脚允许较低的平均功耗,因为无法从电源到电机流动电流。此引脚路由到mikroBUS™的RST引脚。当退出待机模式时,控制逻辑电路将重置。EN/FAULT(EN)引脚具有双重功能:当设置为高逻辑电平时,它作为芯片使能,允许设备运行。如果IC出现故障条件,它将被断言为低逻辑电平,作为中断引脚。在外部电容器和电阻值定义的超时时间后,将进行重新启动尝试。此引脚路由到mikroBUS™的CS和INT引脚,允许主机MCU使用这两个功能。这些引脚在Click板™上分别标记为EN和FLT。电机电源可以连接到标记为VIN的输入端子,电压范围应在7V至45V之间。步进电机线圈可以连接到A1、B2、B1和A2端子。Click板™需要外部电源供电以使电机工作。此外,它还需要来自mikroBUS™轨的3.3V电压。

STSPIN820 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是一款适应性强的5VDC步进电机,设计紧凑,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。电机在100Hz频率下工作,在25°C时的直流电阻为50Ω ±7%。它的空载牵引频率大于600Hz,空载脱离频率超过1000Hz,确保在不同场景下的可靠性。28BYJ-48在120Hz时的自定位转矩和牵引转矩均超过34.3mN.m,提供强劲性能。其摩擦转矩范围为600到1200 gf.cm,而拉入转矩为300 gf.cm。该电机是您步进电机需求的可靠高效选择。

STSPIN820 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Direction Control
PE3
AN
Reset
PB6
RST
Chip Enable
PE7
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Step Control
PD0
PWM
Fault Interrupt
PB4
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

STSPIN820 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 STSPIN820 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • stspin820_set_direction - 此函数通过设置DIR引脚的逻辑状态来设置电机方向。

  • stspin820_drive_motor - 此函数以选定的速度驱动电机指定步数。

  • stspin820_reset_device - 此函数通过切换RST引脚来重置设备。

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 STSPIN820 Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the STSPIN820 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 performs the click default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * Drives the motor clockwise for 200 steps and then counter-clockwise with a 2 seconds
 * delay 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 "stspin820.h"

static stspin820_t stspin820;   /**< STSPIN820 Click driver object. */
static log_t logger;    /**< Logger object. */

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stspin820_cfg_t stspin820_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.
    stspin820_cfg_setup( &stspin820_cfg );
    STSPIN820_MAP_MIKROBUS( stspin820_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( DIGITAL_OUT_UNSUPPORTED_PIN == stspin820_init( &stspin820, &stspin820_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    stspin820_default_cfg ( &stspin820 );
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    log_printf ( &logger, " Move 200 steps clockwise, speed: slow\r\n\n" );
    stspin820_set_direction ( &stspin820, STSPIN820_DIR_CW );
    stspin820_drive_motor ( &stspin820, 200, STSPIN820_SPEED_SLOW );
    Delay_ms ( 2000 );
    
    log_printf ( &logger, " Move 200 steps counter-clockwise, speed: fast\r\n\n" );
    stspin820_set_direction ( &stspin820, STSPIN820_DIR_CCW );
    stspin820_drive_motor ( &stspin820, 200, STSPIN820_SPEED_FAST );
    Delay_ms ( 2000 );
}

int main ( void ) 
{
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

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

额外支持

资源

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