初学者
10 分钟

使用TMC2240和ATmega644实现步进电机的更平滑和更精确控制

具有串行通信接口和广泛诊断功能的智能高性能步进电机驱动器

Silent Step 4 Click with EasyAVR v7

已发布 6月 25, 2024

点击板

Silent Step 4 Click

开发板

EasyAVR v7

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega644

由于行业中最先进的步进电机驱动器,体验绝对无噪音的电机运行,同时实现最大效率和最佳电机转矩。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Silent Step 4 Click基于Analog Devices的TMC2240,这是一款智能集成步进驱动器。它高度集成,高效率,并具有一流的性能步进驱动器。每个H桥的最大输出电流为3A,由板载电阻器设置。但是,您可以通过软件将其设置为较低水平。步进驱动器还具有丰富的诊断和保护功能,如短路保护/OCP、热关断和欠压锁定。它可以测量驱动器温度,估算电机温度等。一个很酷的功能是将旋转编码器接口直接集成到步进驱动器中。外部增量编码器可以通过ENC连接器连接。编码

器可用于在编码器位置和外部斜坡发生器位置之间动态一致性检查。提供32位编码器计数器。StallGuard2是检测电机堵转的一个很好的功能,并且是步进驱动器的诊断系统的一部分。Silent Step 4 Click使用4线SPI串行接口与主机MCU通信,支持最大频率高达10MHz。电机通过STP和DIR引脚上的步进和方向输入来控制。每个步进可以是完整步进或微步进。附加功能是通过NXP的8位I/O端口PCA9538提供的。PCA9538使用I2C接口与主机MCU通信。I2C地址可以通过

ADDR SEL跳线设置。它提供了对DIAG输出和过压指示器的监视。它还控制步进驱动器的使能和休眠输入。主机MCU可以通过RST引脚重置PCA9538,并通过INT引脚接收中断。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 4 Click hardware overview image

功能概述

开发板

EasyAVR v7 是第七代AVR开发板,专为快速开发嵌入式应用的需求而设计。它支持广泛的16位AVR微控制器,来自Microchip,并具有一系列独特功能,如强大的板载mikroProg程序员和通过USB的在线电路调试器。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。EasyAVR v7 通过每个端口的四种不同连接器,比以往更高效地连接附件板、传感器和自定义电子产品。EasyAVR v7 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。一个集成的mikroProg,一个快速的USB 2.0程序员,带有mikroICD硬件在线电路调试器,提供许多有价值的编 程/调试选项和与Mikroe软件环境的无缝集成。除此之外,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,包括外部12V电源供应,7-12V交流或9-15V直流通过DC连接器/螺丝端子,以及通过USB Type-B(USB-B)连接器的电源。通信选项如USB-UART和RS-232也包括在内,与

广受好评的mikroBUS™标准、三种显示选项(7段、图形和基于字符的LCD)和几种不同的DIP插座一起,覆盖了广泛的16位AVR MCU。EasyAVR v7 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。

EasyAVR v7 horizontal image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

ATmega644

建筑

AVR

MCU 内存 (KB)

64

硅供应商

Microchip

引脚数

40

RAM (字节)

4096

你完善了我!

配件

17HD40005-22B 步进电机是一款双相混合电机,具有高扭矩、高速度和低噪音性能。它配有一根 1 米长的电线,连接端有可选端口,并带有热缩管以防止缠绕。电机的 D 形轴长为 22mm。该电机采用斩波波恒流驱动,具有双相 4 线激励模式,可实现正反转。电源顺序按照 AB-BC-CD-DA 顺序排列,从轴端看为顺时针方向。其额定电流为 1.3A DC,额定电压为 2.4V,步进角为 1.8°,绝缘等级为 B。此步进电机非常适用于需要精确运动控制和可靠性的应用。

Silent Step 4 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Direction Control
PA7
AN
Reset / ID SEL
PA6
RST
SPI Select / ID COMM
PA5
CS
SPI Clock
PB7
SCK
SPI Data OUT
PB6
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Step Control
PD4
PWM
Interrupt
PD2
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PC0
SCL
I2C Data
PC1
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

原理图

Silent Step 4 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

EasyAVR v7 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以EasyAVR v7作为您的开发板开始。

EasyAVR v7 front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
MCU DIP 40 hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
EasyAVR v7 Access DIP 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 DIP image step 7 hardware assembly
EasyPIC PRO v7a Display Selection Necto Step 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

应用输出通过UART模式

1. 一旦代码示例加载完成,按下 "FLASH" 按钮将启动构建过程,并将其编程到创建的设置上。

2. 编程完成后,点击右上角面板中的工具图标,选择 UART 终端

3. 打开 UART 终端标签后,首先在选项菜单中检查波特率设置(默认是 115200)。如果该参数正确,通过点击 "CONNECT" 按钮激活终端。

4. 现在,终端状态从 Disconnected 变为绿色的 Connected,数据将显示在 Received data 字段中。

UART_Application_Output

软件支持

库描述

该库包含 Silent Step 4 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • silentstep4_set_direction - 该函数通过设置DIR引脚的逻辑状态来设置电机方向。

  • silentstep4_set_step_res - 该函数在CHOPCONF寄存器中设置微步分辨率位。

  • silentstep4_drive_motor - 该函数以所选速度驱动电机进行特定数量的步进。

开源

代码示例

这个示例可以在 NECTO Studio 中找到。欢迎下载代码,或者您也可以复制下面的代码。

/*!
 * @file main.c
 * @brief Silent Step 4 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Silent Step 4 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 "silentstep4.h"

static silentstep4_t silentstep4;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    silentstep4_cfg_t silentstep4_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.
    silentstep4_cfg_setup( &silentstep4_cfg );
    SILENTSTEP4_MAP_MIKROBUS( silentstep4_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = silentstep4_init( &silentstep4, &silentstep4_cfg );
    if ( ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) || ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( SILENTSTEP4_ERROR == silentstep4_default_cfg ( &silentstep4 ) )
    {
        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" );
    silentstep4_set_direction ( &silentstep4, SILENTSTEP4_DIR_CW );
    silentstep4_set_step_res ( &silentstep4, SILENTSTEP4_MRES_FULLSTEP );
    silentstep4_drive_motor ( &silentstep4, 200, SILENTSTEP4_SPEED_SLOW );
    Delay_ms ( 2000 );

    log_printf ( &logger, " Move 200 half steps counter-clockwise, speed: medium\r\n\n" );
    silentstep4_set_direction ( &silentstep4, SILENTSTEP4_DIR_CCW );
    silentstep4_set_step_res ( &silentstep4, SILENTSTEP4_MRES_2 );
    silentstep4_drive_motor ( &silentstep4, 200, SILENTSTEP4_SPEED_MEDIUM );
    Delay_ms ( 2000 );

    log_printf ( &logger, " Move 400 quarter steps counter-clockwise, speed: fast\r\n\n" );
    silentstep4_set_direction ( &silentstep4, SILENTSTEP4_DIR_CCW );
    silentstep4_set_step_res ( &silentstep4, SILENTSTEP4_MRES_4 );
    silentstep4_drive_motor ( &silentstep4, 400, SILENTSTEP4_SPEED_FAST );
    Delay_ms ( 2000 );
}

void main ( void )
{
    application_init( );

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

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

额外支持

资源

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