初学者
10 分钟

使用TMC5130和PIC32MZ1024EFH064实现双极步进电机的超静音运行和平滑运动

通用高压驱动器,适用于双相双极电机,每个线圈可提供高达2A的电流

Silent Step Click with PIC32MZ clicker

已发布 6月 25, 2024

点击板

Silent Step Click

开发板

PIC32MZ clicker

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC32MZ1024EFH064

通过结合高功率和尖端功能,提升您的步进电机控制,确保运行平稳且静音。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Silent Step Click基于Analog Devices的TMC5130,这是一款用于两相双极步进电机的高压控制器/驱动器。如前所述,该设备具有许多不同的功能,使驱动器几乎可以自主使用。存在两种控制接口:SPI串行接口和STEP/DIR接口。SPI接口将控制信息写入芯片并读回状态信息。必须使用此接口初始化必要的参数和模式以启用电机驱动。可以通过使用STEP和DIR信号或单独通过SPI接口来控制电机的运动。诸如stallGuard2™(高精度无传感器电机负载检测)、spreadCycle™(高度动态的电机电流控制)、stealthChop™(极其安静的操作和平稳运动)和microPlayer™(256微步插值)等技术,帮助实现电机的高度自主和平稳运动,即使通过STEP和DIR输入引脚设置方向和步进传播。TMC5130支持两种电机驱动控制模式:STEP/DIR模式和SPI模式。STEP/DIR模式也称为传统模式。设备的操作方式类似于其他引脚驱动的步进电机控制器/驱动器 - 步进传播由STEP输入上的脉冲

控制,DIR引脚确定方向。在SPI模式下,用户可以通过在DRVCTRL寄存器中设置参数直接访问电机的电流符号和大小。所有工作参数可以在两种模式下通过SPI接口配置和控制。此外,电源和热数据可以返回给MCU进行进一步分析和优化。在STEP/DIR模式下,microPlyer STEP脉冲插值器将高分辨率微步进的平滑电机操作带到最初为较粗步进设计的应用中,并减少脉冲带宽。MicroPlyer在Silent Step Click的STP引脚的每个有效边缘产生256倍分辨率的16个微步。应用可能需要改变微步进分辨率以获得最佳的电机性能。通过使用独立工作的斩波器来控制两个电机线圈的电流。有两种斩波器模式可用:一种新的高性能斩波器算法称为spreadCycle和一种经过验证的恒定关闭时间斩波器模式。恒定关闭时间模式循环通过三个阶段:打开、快速衰减和慢速衰减。SpreadCycle模式循环通过四个阶段:打开、慢速衰减、快速衰减和第二次慢速衰减。为了实现所有前面提到的功能,必须测

量电机线圈的电流。由于TMC5130的高功率输出,建议使用外部分流电阻。因此,Silent Step Click板上有仔细选择的低电感型0.1欧姆分流电阻。这最小化了例如由MOSFET桥的开关尖峰引起的测量误差,并最大化了TMC5130的效率。TMC5130的STEP、DIR、SD_MODE和SPI_MODE引脚直接路由到mikroBUS™引脚PWM、INT、RST和AN,并分别标记为STP、DIR、SDM和SPM。通过将所需电压设置为VCC_IO引脚,数字I/O引脚的逻辑电平易于调整。因此,通过将VSEL跳线移动到相应的电压,Silent Step Click上的接口逻辑电平可以轻松配置为3.3V或5V逻辑,这允许3.3V和5V MCU与此Click板™接口。双极步进电机的电源可以连接到终端的VM和GND输入。连接的电压应保持在5V到46V之间。其余的终端允许连接双极步进电机线圈:A1和A2终端输入连接第一个线圈,而B1和B2输入连接第二个电机线圈。

Silent Step 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

28BYJ-48是一款适应性强的5VDC步进电机,设计紧凑,适用于多种应用。它具有四相、1/64的速度变化比和5.625°/64步的步距角,允许精确控制。该电机在100Hz的频率下运行,在25°C时具有50Ω ±7%的直流电阻。它的空载牵入频率超过600Hz,空载牵出频率超过1000Hz,确保在不同场景中的可靠性。28BYJ-48在120Hz时的自定位力矩和牵入力矩都超过34.3mN.m,表现出强劲的性能。其摩擦力矩范围为600到1200 gf.cm,而牵入力矩为300 gf.cm。该电机是您步进电机需求的可靠且高效的选择。

Silent Step Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Communication Mode Selection
RE4
AN
Step Pulse Generator Mode Selection
RE5
RST
SPI Chip Select
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 Trigger
RB3
PWM
Direction Control
RB5
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Silent Step 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

此库包含Silent Step Click驱动程序的API。

关键功能:

  • silentstep_set_step_res - 此功能在CHOPCONF寄存器中设置微步分辨率位

  • silentstep_set_direction - 此功能通过设置DIR引脚逻辑状态来设置电机方向

  • silentstep_drive_motor - 此功能以选定的速度驱动电机运行特定步数

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 Silent Step Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Silent Step 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 "silentstep.h"

static silentstep_t silentstep;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    silentstep_cfg_t silentstep_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.
    silentstep_cfg_setup( &silentstep_cfg );
    SILENTSTEP_MAP_MIKROBUS( silentstep_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == silentstep_init( &silentstep, &silentstep_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( SILENTSTEP_ERROR == silentstep_default_cfg ( &silentstep ) )
    {
        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" );
    silentstep_set_direction ( &silentstep, SILENTSTEP_DIR_CW );
    silentstep_set_step_res ( &silentstep, SILENTSTEP_MRES_FULLSTEP );
    silentstep_drive_motor ( &silentstep, 200, SILENTSTEP_SPEED_SLOW );
    Delay_ms ( 2000 );

    log_printf ( &logger, " Move 200 half steps counter-clockwise, speed: medium\r\n\n" );
    silentstep_set_direction ( &silentstep, SILENTSTEP_DIR_CCW );
    silentstep_set_step_res ( &silentstep, SILENTSTEP_MRES_2 );
    silentstep_drive_motor ( &silentstep, 200, SILENTSTEP_SPEED_MEDIUM );
    Delay_ms ( 2000 );

    log_printf ( &logger, " Move 400 quarter steps counter-clockwise, speed: fast\r\n\n" );
    silentstep_set_direction ( &silentstep, SILENTSTEP_DIR_CCW );
    silentstep_set_step_res ( &silentstep, SILENTSTEP_MRES_4 );
    silentstep_drive_motor ( &silentstep, 400, SILENTSTEP_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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