初学者
10 分钟

使用TMC2130和TM4C1294KCPDT实现连接步进电机的平稳和静音操作

采用StealthChop™技术的两相双极步进电机驱动器,确保安静运动

Silent Step 2 Click with Fusion for Tiva v8

已发布 6月 25, 2024

点击板

Silent Step 2 Click

开发板

Fusion for Tiva v8

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

TM4C1294KCPDT

一个紧凑而高效的解决方案,可实现在各种工业应用中平稳、静音和精确的电机控制。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Silent Step 2 Click基于Analog Devices的TMC2130,这是一款高性能的两相步进电机驱动器。最高分辨率为每个完整步进的256微步。一些其他集成技术包括SpreadCycle™作为高动态电机控制斩波器、DcStep™作为负载相关速度控制、sTallGuard2™作为高精度的无传感器电机负载检测等。该电机驱动器支持被动制动和自由滑行模式。此电机驱动器还支持几种可根据您的需求使用的操作模式。Silent Step 2 Click可以使用标准的4线SPI串行接口与主机MCU进行通信。它还

可以使用步进/方向驱动器模式,允许您通过在步进信号STP引脚上发送脉冲来控制电机位置,同时在方向信号DIR引脚上指示方向。该驱动器使用外部电机电源供应4.75至43V以为2相步进电机提供最高2A线圈电流(2.5A峰值)。电机电流可以通过板载VREF电位器设置。该Click板™上的附加功能是通过NXP的8位I/O端口PCA9538A实现的。该I/O端口通过I2C接口与主机MCU通信,您可以通过ADDR SEL跳线更改I2C地址。PCA9538A允许您控制电机驱动器的使

能功能。它还监视两个电机驱动器的诊断输出,如果满足条件(例如,电机停转),则会通过INT引脚中断主机MCU。I/O端口可以通过RST引脚复位。该Click板™可以通过VCC SEL跳线选择3.3V或5V逻辑电压级别。这样,既支持3.3V又支持5V的MCU可以正常使用通信线路。此外,该Click板™配备了一个包含易于使用的功能和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Silent Step 2 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是一款适用于各种应用的可调节5V直流步进电机,具有紧凑的设计。它具有四相、速度变化比为1/64和步距角为5.625°/64步,可实现精确控制。该电机在100Hz的频率下运行,25°C时的直流电阻为50Ω±7%。它具有超过600Hz的空载牵引频率和超过1000Hz的空载牵引频率,确保在不同场景下的可靠性。28BYJ-48在120Hz时的自定位扭矩和牵引扭矩均超过34.3mN·m,具有强大的性能。其摩擦扭矩范围为600到1200 gf.cm,而牵引扭矩为300 gf.cm。这款电机是您步进电机需求的可靠高效选择。

Silent Step 2 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Direction Control
PD0
AN
Reset / ID SEL
PK3
RST
SPI Select / ID COMM
PH0
CS
SPI Clock
PQ0
SCK
SPI Data OUT
PQ3
MISO
SPI Data IN
PQ2
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Step Control
PL4
PWM
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

Silent Step 2 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 Silent Step 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • silentstep2_rotate_by_angle - Silent Step 2通过所需的角度旋转轴的函数。

  • silentstep2_set_direction - Silent Step 2设置顺时针或逆时针方向运动的函数。

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 Silent Step 2 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of Silent Step 2 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 and SPI 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 15 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 "silentstep2.h"

static silentstep2_t silentstep2;
static log_t logger;

// Bipolar stepper motor, resolution of 200 steps per revolution (1.8 degrees)
#define SILENTSTEP2_STEP_RES_200    200

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    silentstep2_cfg_t silentstep2_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.
    silentstep2_cfg_setup( &silentstep2_cfg );
    SILENTSTEP2_MAP_MIKROBUS( silentstep2_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = silentstep2_init( &silentstep2, &silentstep2_cfg );
    if ( ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) || ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( SILENTSTEP2_ERROR == silentstep2_default_cfg ( &silentstep2 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
    log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
    Delay_ms( 100 );
}

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" );
    silentstep2_set_direction( &silentstep2, SILENTSTEP2_DIRECTION_CLOCKWISE );
    if ( SILENTSTEP2_OK == silentstep2_rotate_by_angle( &silentstep2, 50, 90, SILENTSTEP2_STEP_RES_200 ) )
    {
        log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
        Delay_ms( 2000 );
    }
    
    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" );
    silentstep2_set_direction( &silentstep2, SILENTSTEP2_DIRECTION_COUNTERCLOCKWISE );
    if ( SILENTSTEP2_OK == silentstep2_rotate_by_angle( &silentstep2, 50, 180, SILENTSTEP2_STEP_RES_200 ) )
    {
        log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
        Delay_ms( 2000 );
    }
    
    log_printf( &logger, " Clockwise motion\r\n" );
    log_printf( &logger, " Angle of rotation : 270 deg\r\n" );
    log_printf( &logger, " Step speed        :  50 %% \r\n" );
    silentstep2_set_direction( &silentstep2, SILENTSTEP2_DIRECTION_CLOCKWISE );
    if ( SILENTSTEP2_OK == silentstep2_rotate_by_angle( &silentstep2, 50, 270, SILENTSTEP2_STEP_RES_200 ) )
    {
        log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
        Delay_ms( 2000 );
    }
    
    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" );
    silentstep2_set_direction( &silentstep2, SILENTSTEP2_DIRECTION_COUNTERCLOCKWISE );
    if ( SILENTSTEP2_OK == silentstep2_rotate_by_angle( &silentstep2, 90, 360, SILENTSTEP2_STEP_RES_200 ) )
    {
        log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
        Delay_ms( 2000 );
    }
    
    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" );
    silentstep2_set_direction( &silentstep2, SILENTSTEP2_DIRECTION_CLOCKWISE );
    if ( SILENTSTEP2_OK == silentstep2_rotate_by_angle( &silentstep2, 90, 360, SILENTSTEP2_STEP_RES_200 ) )
    {
        log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
        Delay_ms( 2000 );
    }
}

void main ( void )
{
    application_init( );

    for ( ; ; )
    {
        application_task( );
    }
}

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

额外支持

资源

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