初学者
10 分钟

使用 STSPIN220 和 PIC18F57Q43 进行步进电机控制

适用于需要精确、节能步进电机控制的应用

STSPIN220 Click with Curiosity Nano with PIC18F57Q43

已发布 6月 25, 2024

点击板

STSPIN220 Click

开发板

Curiosity Nano with PIC18F57Q43

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC18F57Q43

步进电机驱动器设计用于高效控制,具有PWM电流控制功能,并能够选择高达256个微步,以实现平滑的电机运行。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

STSPIN220 Click基于STMicroelectronics的低压步进电机驱动器STSPIN220。该单片IC集成了电源MOSFET和逻辑电路,简化了连接的双极步进电机的控制和可靠运行。该IC具有支持高达256微步的微步进序列器,能够实现非常平滑和静音的运动。步进序列器还控制VREF电压,在微步进期间使线圈中的电流达到最佳。在全步模式下,通过线圈的最大电流由VREF控制。随着序列器通过微步进传播,VREF按循环模式进一步降低,确保每一步的最大功率效率。STSPIN220针对低电压和电池供电的应用,具有零功耗状态等优化功能,以保证降低功耗。它具有两个PWM电流控制器,每个H桥具有固定的OFF时间,在此期间进行电流衰减序列。这有效地限制了通过连接电机相的最大电流。此Click板™上的OFF(衰减)时间约为40µs。它还分为慢衰减和快衰减部分。慢衰减部分持续总OFF时间的5/8,而快衰减部分持续总OFF时间的3/8。PWM电流控制器比较两个检测电阻(VSENS1和VSENS2)上的电压和VREF电压,可以通过电位器进行调整。当VSENS超

过VREF电压时,会触发电流限制,OFF定时器开始计时。STSPIN220包含两个独立的H桥,每个H桥控制双极步进电机的一个相位。电机可以通过使用以下引脚进行控制:DIR/MODE4、STCK/MODE3、RST、EN和FAULT。DIR/MODE4引脚确定旋转方向。如果设置为高逻辑电平,内部微步进计数器将在通过STCK/MODE 3引脚的每个脉冲时增加其值。此引脚上的低逻辑电平将导致微步进序列器减少其计数器。DIR/MODE 4引脚也路由到mikroBUS™引脚AN(标记为DIR)和板上的DIP开关,标记为SW4。DIP开关用于其辅助功能,辅助功能是步进尺寸选择,与Click板™上的另外三个DIP开关(SW1到SW4)一起。除了mikroBUS™上的PWM引脚,它还路由到SW3 DIP开关并用于选择步进尺寸。Click板™上的SW1和SW2开关也用于确定步进尺寸。所有SW DIP开关在上电或设备重置后锁存。SW1和SW2开关具有覆盖功能:如果两者都设置为低逻辑电平,它们可以立即将步进模式设置为全步。这在需要快速移动时(例如打印机的归位位置)非常有用。有关微

步进模式选择的更多信息,请参阅STSPIN220 IC的数据手册。STSPIN220的STBY/RESET(RST)引脚用于将两个桥输出设置为高阻模式,断开电源与H桥的连接。此引脚允许较低的平均功耗,因为无法从电源到电机流动电流。此引脚路由到mikroBUS™的RST引脚。EN/FAULT(EN)引脚具有双重功能:当设置为高逻辑电平时,它作为芯片使能,允许设备运行。如果IC出现故障条件,它将被断言为低逻辑电平,作为中断引脚。在外部电容器和电阻值定义的超时时间后,将进行重新启动尝试。此引脚路由到mikroBUS™的CS和INT引脚,允许主机MCU使用这两个功能。这些引脚在Click板™上分别标记为EN和FLT。电机电源可以连接到标记为VIN的输入端子,电压范围应在1.8V至10V之间。步进电机线圈可以连接到A1、B2、B1和A2端子。Click板™需要外部电源供电以使电机工作。此外,它还需要来自mikroBUS™轨的3.3V电压。

STSPIN220 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是一款适应性强的5VDC步进电机,设计紧凑,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。电机在100Hz频率下工作,在25°C时的直流电阻为50Ω ±7%。它的空载牵引频率大于600Hz,空载脱离频率超过1000Hz,确保在不同场景下的可靠性。28BYJ-48在120Hz时的自定位转矩和牵引转矩均超过34.3mN.m,提供强劲性能。其摩擦转矩范围为600到1200 gf.cm,而拉入转矩为300 gf.cm。该电机是您步进电机需求的可靠高效选择。

STSPIN220 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Direction Control
PA0
AN
Reset
PA7
RST
Chip Enable
PD4
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Step Control
PB0
PWM
Fault Interrupt
PA6
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

STSPIN220 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
Board mapper by product8 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 STSPIN220 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • stspin220_set_direction - 此函数通过设置DIR引脚的逻辑状态来设置电机方向。

  • stspin220_drive_motor - 此函数以选定的速度驱动电机指定步数。

  • stspin220_reset_device - 此函数通过切换RST引脚来重置设备。

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 STSPIN220 Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the STSPIN220 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 steps and then counter-clockwise with a 2 seconds
 * delay 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 "stspin220.h"

static stspin220_t stspin220;   /**< STSPIN220 Click driver object. */
static log_t logger;    /**< Logger object. */

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stspin220_cfg_t stspin220_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.
    stspin220_cfg_setup( &stspin220_cfg );
    STSPIN220_MAP_MIKROBUS( stspin220_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( DIGITAL_OUT_UNSUPPORTED_PIN == stspin220_init( &stspin220, &stspin220_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    stspin220_default_cfg ( &stspin220 );
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    log_printf ( &logger, " Move 200 steps clockwise, speed: slow\r\n\n" );
    stspin220_set_direction ( &stspin220, STSPIN220_DIR_CW );
    stspin220_drive_motor ( &stspin220, 200, STSPIN220_SPEED_SLOW );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    
    log_printf ( &logger, " Move 200 steps counter-clockwise, speed: fast\r\n\n" );
    stspin220_set_direction ( &stspin220, STSPIN220_DIR_CCW );
    stspin220_drive_motor ( &stspin220, 200, STSPIN220_SPEED_FAST );
    Delay_ms ( 1000 );
    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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