中级
20 分钟

使用TC78H670FTG和MSP432P401R控制两相双极步进电机的运动

采用PWM斩波技术控制的两相双极步进电机驱动器

Stepper 8 Click with Fusion for Tiva v8

已发布 6月 27, 2024

点击板

Stepper 8 Click

开发板

Fusion for Tiva v8

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

MSP432P401R

这是开发者提升便携和紧凑设备功能和性能的绝佳选择,这些设备需要精确的运动控制。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Stepper 8 Click 基于 Toshiba 的 TC78H670FTG,这是一款时钟输入和串行控制的双极步进电机驱动器。它可以与双极步进电机一起使用;线圈应连接到板载螺丝端子上。用于连接步进电机线圈的有两个端子。第三个连接器用于连接外部电压,范围从 2.5V 到 16V,具体取决于所用电机的电压要求和 2A 的电流。根据环境温度和板子条件,最大输出电流可能由于热量考虑而进一步限制。需要注意的是,如果没有有效的外部电压连接到这个端子,电机将无法工作。Stepper 8 Click 可以在全步、半步、四分之一步、1/8 步、1/16 步、1/32 步、1/64 步和 1/128 步操作模式下运行双极步进电机。得益于内部安全功能,例如热关断

(TSD)、过流(ISD)、电机负载开路(OPD)和欠压锁定(UVLO),该 Click 板™ 非常适合快速开发各种步进电机应用。TC78H670FTG 集成驱动器提供了一个简单的接口,具有一组用于控制步进电机功能的引脚。由于引脚数量超过了可用的 mikroBUS™ 通用引脚,因此使用了一个额外的端口扩展 IC,提供了一个 2 线 I2C 接口用于与主 MCU 通信。端口扩展 IC 是 PCA9538,一个带 I2C 接口的 8 位端口扩展器。MODE0-3 引脚可以选择串行模式或 CLK-IN 模式。控制模式通过释放待机模式后 MODE0-3 引脚的输入状态设置。在串行模式下,它使用 mikroBUS™ 上的 SPI 以 32 位格式执行设置和电机控制。对于电机控

制,每个电流值在串行设置中设置,并在 LATCH 信号的定时时间将输出更新为设置的电流值。为了在 mikroBUS™ 上允许串行模式或 CLK-IN 模式,使用了 Toshiba 的 TC7WH157 双通道多路复用器。选择通过使用 I2C 通信与 PCA9538 端口扩展器和改变多路复用器上的 SELECT 引脚状态来完成。此 Click 板™ 可以通过 VCC SEL 跳线选择使用 3.3V 或 5V 逻辑电压电平。这使得 3.3V 和 5V 兼容的 MCU 都能正确使用通信线。此外,此 Click 板™ 配备了一个包含易于使用的函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Stepper 8 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)

256

硅供应商

Texas Instruments

引脚数

100

RAM (字节)

65536

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。它具有四相结构,速度变化比为 1/64,步距角为 5.625°/64 步,可实现精确控制。该电机以 100Hz 的频率运行,在 25°C 时的直流电阻为 50Ω ±7%。其空载拉入频率超过 600Hz,空载拉出频率超过 1000Hz,确保在不同场景中的可靠性。28BYJ-48 的自定位转矩和拉入转矩均超过 34.3mN.m(在 120Hz 时),提供了强大的性能。其摩擦转矩范围为 600 至 1200 gf.cm,拉入转矩为 300 gf.cm。这款电机是满足您步进电机需求的可靠且高效的选择。

Stepper 8 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Step Mode Selection Pin 3
P6.0
AN
Step Mode Selection Pin 0
P8.0
RST
Step Mode Selection Pin 1
P1.4
CS
SPI Clock
P1.5
SCK
NC
NC
MISO
SPI Data IN
P1.6
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Step Mode Selection Pin 2
P2.5
PWM
Chip Enable / Error Detection
P2.0
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
P3.7
SCL
I2C Data
P3.6
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Stepper 8 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 8 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • stepper8_set_direction - 此功能通过设置 DIR 引脚的逻辑状态来设置电机方向

  • stepper8_set_step_mode - 此功能设置步进模式分辨率设置

  • stepper8_drive_motor - 此功能以选定的速度驱动电机运行指定的步数

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 8 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Stepper 8 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 full steps and then counter-clockiwse for 200 half
 * steps and 400 quarter steps with 2 seconds 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 "stepper8.h"

static stepper8_t stepper8;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stepper8_cfg_t stepper8_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.
    stepper8_cfg_setup( &stepper8_cfg );
    STEPPER8_MAP_MIKROBUS( stepper8_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = stepper8_init( &stepper8, &stepper8_cfg );
    if ( ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) || ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( STEPPER8_ERROR == stepper8_default_cfg ( &stepper8 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }

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

void application_task ( void )
{
    log_printf ( &logger, " Move 200 full steps clockwise, speed: slow\r\n\n" );
    stepper8_set_direction ( &stepper8, STEPPER8_DIR_CW );
    stepper8_set_step_mode ( &stepper8, STEPPER8_MODE_FULL_STEP );
    stepper8_drive_motor ( &stepper8, 200, STEPPER8_SPEED_SLOW );
    Delay_ms ( 2000 );

    log_printf ( &logger, " Move 200 half steps counter-clockwise, speed: medium\r\n\n" );
    stepper8_set_direction ( &stepper8, STEPPER8_DIR_CCW );
    stepper8_set_step_mode ( &stepper8, STEPPER8_MODE_HALF_STEP );
    stepper8_drive_motor ( &stepper8, 200, STEPPER8_SPEED_MEDIUM );
    Delay_ms ( 2000 );

    log_printf ( &logger, " Move 400 quarter steps counter-clockwise, speed: fast\r\n\n" );
    stepper8_set_direction ( &stepper8, STEPPER8_DIR_CCW );
    stepper8_set_step_mode ( &stepper8, STEPPER8_MODE_QUARTER_STEP );
    stepper8_drive_motor ( &stepper8, 400, STEPPER8_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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