初学者
10 分钟

使用MTS62C19A和ATmega328创建可靠且精确的步进电机驱动解决方案

具有全步和半步控制模式的双全桥步进电机驱动器

Stepper 7 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 25, 2024

点击板

Stepper 7 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328

能够驱动双绕组的双极步进电机或双向控制两个直流电机。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Stepper 7 Click基于Microchip的MTS62C19A,这是一款双全桥电机驱动器。该IC的内部结构是对称的。它具有两个MOSFET H桥,用于驱动双极步进电机的两个线圈,实现双向控制。MTS62C19A使用宽输入电压范围 - 从10V到30V。这是用于激活电机线圈的电压。该IC的逻辑部分使用独立的电压级别,并从mikroBUS™的+5V轨道获取。MTS62C19A有两个PHASE输入,用于控制电流通过H桥的流向,从而控制电机线圈。输出电流水平由内部PWM电路控制,使用两个逻辑输入(Ix0和Ix1)、电流感应电阻和VREFx输入上的电压进行配置 - 在Stepper 7 Click上设置为+5V。通过在Ix0和Ix1引脚上设置状态,可以将电机线圈中的输出电流限制为最大输出电流的0%、33%、67%和100%,最大输出电流约

为500mA。此设置允许通过切换六个控制引脚的状态:PHASE1、PHASE2、I01、I02、I11和I12,以在全步和半步模式下控制步进电机。双极步进电机线圈可以连接到板载螺钉端子。每个步进电机线圈都使用两个端子连接。第三个连接器连接外部电压,范围从10V到30V,取决于所使用的电机电压要求。值得注意的是,如果未连接有效的外部电压到此端子,电机将无法工作。此外,根据数据表,40V是绝对最大允许电压。因此,在驱动较重的负载时,可能会触发过温保护。建议的最大电压不应超过30V,如PCB的丝印层所述。MTS62C19A的控制线路被路由到Stepper 7板上的第二个IC,即MCP23S08,这是一款著名的8位I/O扩展器,具有串行接口。它允许通过SPI驱动MTS62C19A IC的控制线路,并且使用较少

的引脚 - 减少了Stepper 7 click所需的引脚数。这也允许发送紧凑的SPI消息,而不是同时切换多个引脚 - 这有时可能会导致时间问题,特别是当这些引脚属于不同的MCU端口时。更改端口扩展器的供电电压允许使用不同的SPI逻辑电平进行通信 - 3.3V或5V,取决于主机MCU。这可以通过切换标记为PWR SEL的板载SMD跳线的位置来实现。这个Click board™可以通过PWR SEL跳线选择3.3V或5V逻辑电压电平运行。这样,既能够使用3.3V,也能够使用5V逻辑电压的MCU可以正确地使用通信线路。此外,这个Click board™配备有一个包含易于使用的函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Stepper 7 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Arduino UNO 是围绕 ATmega328P 芯片构建的多功能微控制器板。它为各种项目提供了广泛的连接选项,具有 14 个数字输入/输出引脚,其中六个支持 PWM 输出,以及六个模拟输入。其核心组件包括一个 16MHz 的陶瓷谐振器、一个 USB 连接器、一个电

源插孔、一个 ICSP 头和一个复位按钮,提供了为板 子供电和编程所需的一切。UNO 可以通过 USB 连接到计算机,也可以通过 AC-to-DC 适配器或电池供电。作为第一个 USB Arduino 板,它成为 Arduino 平台的基准,"Uno" 符号化其作为系列首款产品的地

位。这个名称选择,意为意大利语中的 "一",是为了 纪念 Arduino Software(IDE)1.0 的推出。最初与 Arduino Software(IDE)版本1.0 同时推出,Uno 自此成为后续 Arduino 发布的基础模型,体现了该平台的演进。

Arduino UNO Rev3 double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

AVR

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

Microchip

引脚数

32

RAM (字节)

2048

你完善了我!

配件

Click Shield for Arduino UNO 具有两个专有的 mikroBUS™ 插座,使所有 Click board™ 设备能够轻松与 Arduino UNO 板进行接口连接。Arduino UNO 是一款基于 ATmega328P 的微控制器开发板,为用户提供了一种经济实惠且灵活的方式来测试新概念并构建基于 ATmega328P 微控制器的原型系统,结合了性能、功耗和功能的多种配置选择。Arduino UNO 具有 14 个数字输入/输出引脚(其中 6 个可用作 PWM 输出)、6 个模拟输入、16 MHz 陶瓷谐振器(CSTCE16M0V53-R0)、USB 接口、电源插座、ICSP 头和复位按钮。大多数 ATmega328P 微控制器的引脚都连接到开发板左右两侧的 IO 引脚,然后再连接到两个 mikroBUS™ 插座。这款 Click Shield 还配备了多个开关,可执行各种功能,例如选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平,以及选择 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换电压转换器使用任何 Click board™,无论 Click board™ 运行在 3.3V 还是 5V 逻辑电压电平。一旦将 Arduino UNO 板与 Click Shield for Arduino UNO 连接,用户即可访问数百种 Click board™,并兼容 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的设备。

Click Shield for Arduino UNO accessories 1 image

28BYJ-48是一款适用于各种应用的可调节5V直流步进电机,设计紧凑。它具有四个相位,速度变化比为1/64,步距角为5.625°/64步,可实现精确控制。该电机在100Hz频率下运行,25°C时的直流电阻为50Ω ±7%。它拥有超过600Hz的空载内牵引频率和超过1000Hz的空载外牵引频率,确保在不同场景下的可靠性。28BYJ-48在120Hz时的自定位扭矩和内牵引扭矩均超过34.3mN.m,表现稳健。其摩擦扭矩范围为600到1200 gf.cm,而拉入扭矩为300 gf.cm。对于您的步进电机需求,这款电机是可靠高效的选择。

Stepper 7 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset
PD2
RST
SPI Chip Select
PB2
CS
SPI Clock
PB5
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB3
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
NC
NC
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

Stepper 7 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Arduino UNO Rev3作为您的开发板开始。

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 front image hardware assembly
Charger 27 Click 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
Arduino UNO 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

这个库包含了Stepper 7 Click驱动程序的API。

关键函数:

  • stepper7_set_direction - 这个函数将电机方向设置为顺时针或逆时针,存储在ctx->direction中。

  • stepper7_set_step_mode - 这个函数设置步进模式的分辨率设置,存储在ctx->step_mode中。

  • stepper7_drive_motor - 这个函数以选定的速度驱动电机,进行特定数量的步进。

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 Stepper 7 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Stepper 7 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 800 1/8th 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 "stepper7.h"

static stepper7_t stepper7;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stepper7_cfg_t stepper7_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.
    stepper7_cfg_setup( &stepper7_cfg );
    STEPPER7_MAP_MIKROBUS( stepper7_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == stepper7_init( &stepper7, &stepper7_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( STEPPER7_ERROR == stepper7_default_cfg ( &stepper7 ) )
    {
        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" );
    stepper7_set_direction ( &stepper7, STEPPER7_DIR_CW );
    stepper7_set_step_mode ( &stepper7, STEPPER7_MODE_FULL_STEP );
    stepper7_drive_motor ( &stepper7, 200, STEPPER7_SPEED_SLOW );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );

    log_printf ( &logger, " Move 200 half steps counter-clockwise, speed: medium\r\n\n" );
    stepper7_set_direction ( &stepper7, STEPPER7_DIR_CCW );
    stepper7_set_step_mode ( &stepper7, STEPPER7_MODE_HALF_STEP );
    stepper7_drive_motor ( &stepper7, 200, STEPPER7_SPEED_MEDIUM );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );

    log_printf ( &logger, " Move 800 1/8th steps counter-clockwise, speed: fast\r\n\n" );
    stepper7_set_direction ( &stepper7, STEPPER7_DIR_CCW );
    stepper7_set_step_mode ( &stepper7, STEPPER7_MODE_1_OVER_8_STEP );
    stepper7_drive_motor ( &stepper7, 800, STEPPER7_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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