初学者
10 分钟

使用TMC2660和PIC18LF27K40实现双极步进电机的平滑、静音运动

通用步进驱动器,适用于双相双极电机,每个线圈可提供高达4A的电流

Silent Step 3 Click with EasyPIC v8

已发布 6月 26, 2024

点击板

Silent Step 3 Click

开发板

EasyPIC v8

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC18LF27K40

在步进电机控制技术上迈出巨大的一步,结合了高功率和先进功能,实现平稳静音运行。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Silent Step 3 Click基于Analog Devices的TMC2660,这是一款高度集成的双极步进电机功率驱动器。正如提到的,该设备具有许多不同的功能,使得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返回状态信息。必须使用此接口初始化参数和模式,以启用驱动电机。通过使用STEP和DIR信号或仅通过SPI接口,可以控制电机的运动。诸如stallGuard2™、spreadCycle™、coolStep™、spreadCycle™和microPlayer™等技术,帮助实现驱动电机的高度自主和平滑运动,甚至只需使用STEP和DIR输入引脚设置方向和步进传播。内部微步进表将正弦函数从0°到90°进行映射。对称性允许将正弦和余弦函数从0°映射到360°。TMC2660支持两种电机驱动器控制模式:STEP/DIR和SPI模式。STEP/DIR模式也称为传统模式。设备的操作类似于其他基于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,而DIR引脚确定方向。在SPI模式下,用户可以通过设置DRVCTRL寄存器中的参数直接访问电机的电流符号和大小。在两种模式下都可以通过SPI接口配置和控制所有工作参数。此外,功率和热数据可以返回到MCU以进行进一步分析和优化。在STEP/DIR模式下,microPlyer步进脉冲插值器将高分辨率微步进的平滑电机操作带入最初设计用于较粗步进的应用程序,并减小脉冲带宽。MicroPlyer为每个Silent Step 3 Click的STP引脚上的活动边缘产生16个微步进,分辨率为256x。通过两个独立工作的斩波器控制电机线圈的电流。有两种斩波器模式可用:一种称为spreadCycle的新型高性能斩波器算法,另一种是经过验证的常数关断时间斩波器模式。常数关断时间模式循环经过三个相位:通、快速衰减和慢速衰减。spreadCycle模式循环经过四个相位:通、慢速衰减、快速衰减和第二个慢速衰

减。为了实现所有先前提到的功能,必须测量通过电机线圈的电流。由于TMC2660的高功率输出,需要外部分流电阻。因此,Silent Step 3 Click配备了精心选择的低感抗类型0.1欧姆的分流电阻。这可以最小化由于MOSFET桥的开关峰值引起的测量缺陷,并最大化TMC2660的效率。TMC2660的STEP、DIR和ENN引脚直接路由到mikroBUS™引脚PWM、INT和AN,并分别标记为STP、DIR和EN。数字I/O引脚的逻辑电平可以通过将所需电压设置为VCC_IO引脚来轻松调整。因此,Silent Step 3 click上的接口逻辑电平可以通过将VSEL跳线移至相应电压来轻松配置为3.3V或5V逻辑,从而允许与此Click板™连接3.3V和5V MCU。用于双极步进电机的电源可以连接到端子的VM和GND输入。连接的电压应保持在9V至29V的范围内。其余端子允许连接双极步进电机线圈:A1和A2端子输入连接第一线圈,而B1和B2输入连接第二电机线圈。

Silent Step 3 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

default

建筑

PIC

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

Microchip

引脚数

28

RAM (字节)

3728

你完善了我!

配件

28BYJ-48是一款适用于各种应用的适应性5VDC步进电机,具有紧凑的设计。它具有四个相位,速度变化比为1/64,步幅角为5.625°/64步,可实现精确控制。该电机以100Hz的频率运行,在25°C时的直流电阻为50Ω ±7%。它拥有大于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时具有自定位力矩和牵引力矩均大于34.3mN.m,表现出强大的性能。其摩擦力矩范围为600至1200 gf.cm,而拉力矩为300 gf.cm。这款电机是您步进电机需求的可靠高效选择。

Silent Step 3 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Internal Power MOSFET Control
RA3
AN
Motor Stall Detection
RA0
RST
SPI Chip Select
RA5
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 Trigger
RC1
PWM
Direction Control
RB1
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power supply
5V
5V
Ground
GND
GND
2

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Silent Step 3 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

这个库包含了Silent Step 3 Click驱动器的API。

关键函数:

  • silentstep3_set_step_mode - 此函数设置DRVCTRL寄存器中的微步分辨率位。

  • silentstep3_set_direction - 此函数通过设置DIR引脚的逻辑状态来设置电机方向。

  • silentstep3_drive_motor - 此函数以选定的速度驱动电机特定数量的步进。

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 3 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Silent Step 3 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 "silentstep3.h"

static silentstep3_t silentstep3;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    silentstep3_cfg_t silentstep3_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.
    silentstep3_cfg_setup( &silentstep3_cfg );
    SILENTSTEP3_MAP_MIKROBUS( silentstep3_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == silentstep3_init( &silentstep3, &silentstep3_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( SILENTSTEP3_ERROR == silentstep3_default_cfg ( &silentstep3 ) )
    {
        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" );
    silentstep3_set_direction ( &silentstep3, SILENTSTEP3_DIR_CW );
    silentstep3_set_step_mode ( &silentstep3, SILENTSTEP3_MODE_FULL_STEP );
    silentstep3_drive_motor ( &silentstep3, 200, SILENTSTEP3_SPEED_SLOW );
    Delay_ms ( 2000 );

    log_printf ( &logger, " Move 200 half steps counter-clockwise, speed: medium\r\n\n" );
    silentstep3_set_direction ( &silentstep3, SILENTSTEP3_DIR_CCW );
    silentstep3_set_step_mode ( &silentstep3, SILENTSTEP3_MODE_HALF_STEP );
    silentstep3_drive_motor ( &silentstep3, 200, SILENTSTEP3_SPEED_MEDIUM );
    Delay_ms ( 2000 );

    log_printf ( &logger, " Move 400 quarter steps counter-clockwise, speed: fast\r\n\n" );
    silentstep3_set_direction ( &silentstep3, SILENTSTEP3_DIR_CCW );
    silentstep3_set_step_mode ( &silentstep3, SILENTSTEP3_MODE_QUARTER_STEP );
    silentstep3_drive_motor ( &silentstep3, 400, SILENTSTEP3_SPEED_FAST );
    Delay_ms ( 2000 );
}

int main ( void ) 
{
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

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

额外支持

资源

喜欢这个项目吗?

'购买此套件' 按钮会直接带您进入购物车,您可以在购物车中轻松添加或移除产品。