初学者
10 分钟

使用TMC2240和PIC32MZ1024EFH064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 PIC32MZ clicker

已发布 6月 25, 2024

点击板

Silent Step 4 Click

开发板

PIC32MZ clicker

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC32MZ1024EFH064

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

PIC32MZ Clicker 是一款紧凑型入门开发板,它将 Click 板™的灵活性带给您喜爱的微控制器,使其成为实现您想法的完美入门套件。它配备了一款板载 32 位带有浮点单元的 Microchip PIC32MZ 微控制器,一个 USB 连接器,LED 指示灯,按钮,一个 mikroProg 连接器,以及一个用于与外部电子设备接口的头部。得益于其紧凑的设计和清晰易识别的丝网标记,它提供了流畅且沉浸式的工作体验,允许在任

何情况下、任何地方都能访问。PIC32MZ Clicker 开 发套件的每个部分都包含了使同一板块运行最高效的必要组件。除了可以选择 PIC32MZ Clicker 的编程方式,使用 USB HID mikroBootloader 或通过外部 mikroProg 连接器为 PIC,dsPIC 或 PIC32 编程外,Clicker 板还包括一个干净且调节过的开发套件电源供应模块。USB Micro-B 连接可以提供多达 500mA 的电流,这足以操作所有板载和附加模块。所有 

mikroBUS™ 本身支持的通信方法都在这块板上,包 括已经建立良好的 mikroBUS™ 插槽、重置按钮以及若干按钮和 LED 指示灯。PIC32MZ Clicker 是 Mikroe 生态系统的一个组成部分,允许您在几分钟内创建新的应用程序。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,它涵盖了原型制作的许多方面。

PIC32MZ clicker double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

PIC32

MCU 内存 (KB)

1024

硅供应商

Microchip

引脚数

64

RAM (字节)

524288

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
RE4
AN
Reset / ID SEL
RE5
RST
SPI Select / ID COMM
RG9
CS
SPI Clock
RG6
SCK
SPI Data OUT
RG7
MISO
SPI Data IN
RG8
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Step Control
RB3
PWM
Interrupt
RB5
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
RD10
SCL
I2C Data
RD9
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Silent Step 4 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

PIC32MZ clicker front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以PIC32MZ clicker作为您的开发板开始。

PIC32MZ clicker front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
Micro B Connector Clicker Access - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Flip&Click PIC32MZ MCU step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step 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 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

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 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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