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10 分钟

使用DRV8424和PIC18F57Q43控制工业级和消费级步进电机

具有简单STEP/DIR接口和高达1/256微步进索引器的PWM微步进步进电机驱动器

Stepper 19 Click with Curiosity Nano with PIC18F57Q43

已发布 6月 25, 2024

点击板

Stepper 19 Click

开发板

Curiosity Nano with PIC18F57Q43

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC18F57Q43

能够提供高达 2.5A 的全量程输出电流,非常适合在机器人、精密系统和自动化中驱动各种步进电机。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Stepper 19 Click 基于 Texas Instruments 的 DRV8424,这是一款为工业和消费应用设计的步进电机驱动器。此集成电路具有全面的集成,包括双 N 沟道功率 MOSFET H 桥驱动器、微步进索引器和集成电流感应。DRV8424 在 5V 至 30V 的外部电源上运行,并能够驱动高达 2.5A 的全量程输出电流。其设计通过使用内部电流感应架构,消除了对外部电源感应电阻的需求,节省了 PCB 空间并降低了整体系统成本。DRV8424 通过内部 PWM 电流调节方案优化性能,提供智能调谐、慢速和混合衰减选项选择。智能调谐功能动态调整以确保最佳电流调节,补偿电机的变化和老化,并最大限度地减少电机产

生的可听噪音。步进电机的控制通过简单的 STEP/DIR 接口实现,允许外部控制器指示电机的步进方向和速度。微步进分辨率从全步到 1/256 步可选,通过 mikroBUS™ 插座的 STP 引脚选择,方向由 DIR 引脚控制。该设备还包括一个低功耗休眠模式,可以通过 RST 引脚访问。它具有多种保护功能,用于处理电源欠压、充电泵故障、过电流、短路和过温等情况,并通过 FLT 引脚指示故障。DRV8424 的启用/禁用功能由 EN 引脚管理。此 Click board™ 通过 NXP 的 8 位 I/O 端口 PCA9538A 实现附加功能,该端口通过 I2C 与主 MCU 接口,通过 ADDR SEL 跳线提供可选地址。除

了 mikroBUS™ 插座上的 DIR 和 STP 引脚外,如果在板上填充 R12 和 R16 电阻,PCA9538A 也可以控制这些功能。这种配置灵活性,加上 DRV8424 的高效性能和 PCA9538A 的广泛控制能力,使 Stepper 19 Click 成为在各种应用场景中驱动步进电机的强大解决方案。此 Click board™ 可以在 3.3V 或 5V 逻辑电压水平下运行,通过 VCC SEL 跳线选择。这种方式下,3.3V 和 5V 的 MCU 都可以正确使用通信线路。此外,此 Click board™ 配备了包含易于使用的函数库和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

Stepper 19 Click hardware overview image

功能概述

开发板

PIC18F57Q43 Curiosity Nano 评估套件是一款尖端的硬件平台,旨在评估 PIC18-Q43 系列内的微控制器。其设计的核心是包含了功能强大的 PIC18F57Q43 微控制器(MCU),提供先进的功能和稳健的性能。这个评估套件的关键特点包括一个黄 色用户 LED 和一个响应灵敏的机械用户开关,提供无

缝的交互和测试。为一个 32.768kHz 水晶振荡器足迹提供支持,确保精准的定时能力。套件内置的调试器拥有一个绿色电源和状态 LED,使编程和调试变得直观高效。此外,增强其实用性的还有虚拟串行端口 (CDC)和一个调试 GPIO 通道(DGI GPIO),提供广泛的连接选项。该套件通过 USB 供电,拥有由

 MIC5353 LDO 调节器提供支持的可调目标电压功能,确保在 1.8V 至 5.1V 的输出电压范围内稳定运行,最大输出电流为 500mA,受环境温度和电压限制。

PIC18F57Q43 Curiosity Nano double side 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

48

RAM (字节)

8196

你完善了我!

配件

Curiosity Nano Base for Click boards 是一款多功能硬件扩展平台,专为简化 Curiosity Nano 套件与扩展板之间的集成而设计,特别针对符合 mikroBUS™ 标准的 Click 板和 Xplained Pro 扩展板。这款创新的基板(屏蔽板)提供了无缝的连接和扩展可能性,简化了实验和开发过程。主要特点包括从 Curiosity Nano 套件提供 USB 电源兼容性,以及为增强灵活性而提供的另一种外部电源输入选项。板载锂离子/锂聚合物充电器和管理电路确保电池供电应用的平稳运行,简化了使用和管理。此外,基板内置了一个固定的 3.3V 电源供应单元,专用于目标和 mikroBUS™ 电源轨,以及一个固定的 5.0V 升压转换器,专供 mikroBUS™ 插座的 5V 电源轨,为各种连接设备提供稳定的电力供应。

Curiosity Nano Base for Click boards accessories 1 image

28BYJ-48 是一种适应性强的 5VDC 步进电机,具有紧凑的设计,适用于各种应用。它具有四个相位,速度变化比为 1/64,步距角为 5.625°/64 步,允许精确控制。该电机在 100Hz 频率下运行,在 25°C 时具有 50Ω ±7% 的直流电阻。其静态牵引频率大于 600Hz,空载牵引频率超过 1000Hz,确保在不同场景中的可靠性。在 120Hz 下,自定位转矩和静态牵引转矩均超过 34.3mN.m,提供强大的性能。其摩擦转矩范围为 600 到 1200 gf.cm,而牵入转矩为 300 gf.cm。这款电机是您步进电机需求的可靠且高效的选择。

Stepper 19 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Stepping Direction Control
PA0
AN
Sleep Mode Control / ID SEL
PA7
RST
Device Enable / ID COMM
PD4
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Step Input Control
PB0
PWM
Fault Interrupt
PA6
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB2
SCL
I2C Data
PB1
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Stepper 19 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Curiosity Nano Base for Click boards front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Curiosity Nano with PIC18F57Q43作为您的开发板开始。

Curiosity Nano Base for Click boards front image hardware assembly
Charger 27 Click front image hardware assembly
PIC18F47Q10 Curiosity Nano front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Charger 27 Click complete accessories setup image hardware assembly
Curiosity Nano with PICXXX Access 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 image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
PIC18F57Q43 Curiosity 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 Stepper 19 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • stepper19_rotate_by_angle - 此函数以所需的步进速度和角度旋转轴。

  • stepper19_rotate_by_step - 此函数以选定速度旋转轴到特定步数。

  • stepper19_set_direction - 此函数设置电机运动的方向:顺时针或逆时针。

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 19 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of Stepper 19 Click board 
 * by driving the motor in both directions for a desired rotation angle.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * The initialization of I2C module and log UART.
 * After driver initialization, the app sets the default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * The application task represents an example that demonstrates 
 * the use of the Stepper 19 Click board with which the user can sequentially move the motor. 
 * The first part of the sequence executes the clockwise/counterclockwise motor movement 
 * for an angle of 90 degrees with a step speed of 50%, 
 * all the way to the last sequence of the same movement routine 
 * of 360 degree angle with a step speed of 90%. 
 * Results are being sent to the UART Terminal, where you can track their changes.
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "stepper19.h"


// Bipolar stepper motor, resolution of 200 steps per revolution (1.8 degrees)
#define STEPPER19_STEP_RES_200    200

static stepper19_t stepper19;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stepper19_cfg_t stepper19_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.
    stepper19_cfg_setup( &stepper19_cfg );
    STEPPER19_MAP_MIKROBUS( stepper19_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == stepper19_init( &stepper19, &stepper19_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( STEPPER19_ERROR == stepper19_default_cfg ( &stepper19 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
    log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
}

void application_task ( void ) 
{
    log_printf( &logger, " Clockwise motion\r\n" );
    log_printf( &logger, " Angle of rotation :  90 degrees\r\n" );
    log_printf( &logger, " Step speed        :  50 %%\r\n" );
    stepper19_set_direction( &stepper19, STEPPER19_DIR_CLOCKWISE );
    if ( STEPPER19_OK == stepper19_rotate_by_angle( &stepper19, 50, 90, STEPPER19_STEP_RES_200 ) )
    {
        log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
        Delay_ms( 2000 );
    }
    
    log_printf( &logger, " Counterclockwise motion\r\n" );
    log_printf( &logger, " Angle of rotation :  180 deg\r\n" );
    log_printf( &logger, " Step speed        :  50 %%\r\n" );
    stepper19_set_direction( &stepper19, STEPPER19_DIR_COUNTERCLOCKWISE );
    if ( STEPPER19_OK == stepper19_rotate_by_angle( &stepper19, 50, 180, STEPPER19_STEP_RES_200 ) )
    {
        log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
        Delay_ms( 2000 );
    }
    
    log_printf( &logger, " Clockwise motion\r\n" );
    log_printf( &logger, " Angle of rotation : 270 deg\r\n" );
    log_printf( &logger, " Step speed        :  90 %% \r\n" );
    stepper19_set_direction( &stepper19, STEPPER19_DIR_CLOCKWISE );
    if ( STEPPER19_OK == stepper19_rotate_by_angle( &stepper19, 90, 270, STEPPER19_STEP_RES_200 ) )
    {
        log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
        Delay_ms( 2000 );
    }
    
    log_printf( &logger, " Counterclockwise motion\r\n" );
    log_printf( &logger, " Angle of rotation : 360 deg\r\n" );
    log_printf( &logger, " Step speed        : 90 %%\r\n" );
    stepper19_set_direction( &stepper19, STEPPER19_DIR_COUNTERCLOCKWISE );
    if ( STEPPER19_OK == stepper19_rotate_by_angle( &stepper19, 90, 360, STEPPER19_STEP_RES_200 ) )
    {
        log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
        Delay_ms( 2000 );
    }
    
    log_printf( &logger, " Clockwise motion\r\n" );
    log_printf( &logger, " Angle of rotation : 360 deg\r\n" );
    log_printf( &logger, " Step speed        : 90 %% \r\n" );
    stepper19_set_direction( &stepper19, STEPPER19_DIR_CLOCKWISE );
    if ( STEPPER19_OK == stepper19_rotate_by_angle( &stepper19, 90, 360, STEPPER19_STEP_RES_200 ) )
    {
        log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
        Delay_ms( 2000 );
    }
}

void main ( void ) 
{
    application_init( );

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

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

额外支持

资源

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