初学者
10 分钟

使用DRV8711和PIC18F46K22驱动双极步进电机和有刷直流电机

具有1/256微步进和防堵转检测功能的双极步进电机门驱动器

Stepper 22 Click with EasyPIC v8

已发布 9月 11, 2024

点击板

Stepper 22 Click

开发板

EasyPIC v8

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC18F46K22

通过先进的微步进和自适应电流管理,实现步进电机和直流电机的精确运动控制

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Stepper 22 Click基于德州仪器(Texas Instruments)的DRV8711双极步进电机栅极驱动器,专为精确运动控制设计。它使用外部N沟道MOSFET(具体来说是来自德州仪器的四个双N沟道功率MOSFET,CSD87502Q2)来高效驱动双极步进电机,或驱动连接到A-B端子的两个有刷直流电机,支持最大输出电流高达5A。该板需要外部8V至30V的电源供应,通过INPUT连接器提供电力。DRV8711集成的微步进索引器支持从全步到1/256步的多种步进模式,确保平稳且精确的电机控制。此外,自适应消隐时间和多种电流衰减模式(包括自动混合衰减模式)使运动更加平滑流畅。此Click板™非常适合应用于办公自动化设备、工厂自动化、机器人技术等领域。

Stepper 22 Click使用标准的4线SPI串行接口来编程设备操作并与主MCU通信。通过一个简单的STEP/DIR接口来控制步进电机,外部控制器可以决定电机的步进方向和速度。微步进分辨率范围从全步到1/256步,可通过mikroBUS™插座上的STP引脚进行选择。DRV8711的所有其他功能可以通过板载的I2C可配置GPIO扩展器PCA9538A进行管理。PCA9538A可控制如B桥控制、电机步进方向、低功耗休眠模式,以及步进驱动IC的复位功能。此外,输出电流(扭矩)、步进模式、衰减模式和失速检测都可以通过SPI串行接口进行编程。PCA9538A还允许通过调整标记为ADDR SEL的SMD跳线选择其I2C地址的最低有效位(LSB),选择位置为0或1。

mikroBUS™插座上的RST引脚允许重置扩展器,而INT引脚可用于路由各种状态信号,如通过mikroBUS™插座上的EMF引脚报告的反电动势输出和故障情况,包括过流、短路、欠压锁定和过温。此外,两个标记为FAULT和STALL的红色LED可以直观地指示电机失速和故障状态。此Click板™可以在3.3V或5V逻辑电平下运行,可通过VCC SEL跳线进行选择。这样,支持3.3V和5V逻辑电平的MCU都可以正确使用通信线路。此外,该Click板™还配备了包含易于使用的函数和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

Stepper 22 Click hardware overview image

功能概述

开发板

EasyPIC 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。它支持许多高引脚计数的8位PIC微控制器,来自Microchip,无论它们的引脚数量如何,并且具有一系列独特功能,例如首次集成的调试器/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,EasyPIC 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。

EasyPIC 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。除了先进的集成CODEGRIP程 序/调试模块,该模块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外,该板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 DEVICE和CAN也包括在内,包括 广受好评的mikroBUS™标准、两种显示选项(图形和

基于字符的LCD)和几种不同的DIP插座。这些插座覆盖了从最小的只有八个至四十个引脚的8位PIC MCU的广泛范围。EasyPIC 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。

EasyPIC v8 horizontal image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

PIC18F46K22

建筑

PIC

MCU 内存 (KB)

64

硅供应商

Microchip

引脚数

40

RAM (字节)

3896

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。

Stepper 22 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Back-EMF Output
RA2
AN
Reset / ID SEL
RE1
RST
SPI Select / ID COMM
RE0
CS
SPI Clock
RC3
SCK
SPI Data OUT
RC4
MISO
SPI Data IN
RC5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Step Control
RC0
PWM
Interrupt
RB0
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
RC3
SCL
I2C Data
RC4
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Stepper 22 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

EasyPIC v8 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以EasyPIC v8作为您的开发板开始。

EasyPIC v8 front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
MCU DIP 40 hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
EasyPIC v8 Access DIPMB 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
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 22 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • stepper22_set_direction - 此函数通过设置DIR引脚的逻辑状态来设定电机的旋转方向。

  • stepper22_set_step_mode - 此函数设置步进模式的分辨率设置。

  • stepper22_drive_motor - 此函数以选定的速度驱动电机进行指定数量的步进。

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 Stepper 22 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Stepper 22 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 a 1 second 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 "stepper22.h"

static stepper22_t stepper22;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stepper22_cfg_t stepper22_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.
    stepper22_cfg_setup( &stepper22_cfg );
    STEPPER22_MAP_MIKROBUS( stepper22_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = stepper22_init( &stepper22, &stepper22_cfg );
    if ( ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) || ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( STEPPER22_ERROR == stepper22_default_cfg ( &stepper22 ) )
    {
        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" );
    stepper22_set_direction ( &stepper22, STEPPER22_DIR_CW );
    stepper22_set_step_mode ( &stepper22, STEPPER22_MODE_FULL_STEP );
    stepper22_drive_motor ( &stepper22, 200, STEPPER22_SPEED_SLOW );
    Delay_ms ( 1000 );

    log_printf ( &logger, " Move 200 half steps counter-clockwise, speed: medium\r\n\n" );
    stepper22_set_direction ( &stepper22, STEPPER22_DIR_CCW );
    stepper22_set_step_mode ( &stepper22, STEPPER22_MODE_HALF_STEP );
    stepper22_drive_motor ( &stepper22, 200, STEPPER22_SPEED_MEDIUM );
    Delay_ms ( 1000 );

    log_printf ( &logger, " Move 400 quarter steps counter-clockwise, speed: fast\r\n\n" );
    stepper22_set_direction ( &stepper22, STEPPER22_DIR_CCW );
    stepper22_set_step_mode ( &stepper22, STEPPER22_MODE_QUARTER_STEP );
    stepper22_drive_motor ( &stepper22, 400, STEPPER22_SPEED_FAST );
    Delay_ms ( 1000 );
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

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

额外支持

资源

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