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30 分钟

使用 TB67S209 和 ATmega328P 提升自动化并革新运动控制

步进驱动器,可能性无限

Multi Stepper Click - TB67S209 with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 25, 2024

点击板

Multi Stepper Click - TB67S209

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

体验无缝电机控制、精确度和无与伦比的可靠性,使用 TB67S209 步进驱动器,让您的嵌入式解决方案达到新的高度。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Multi Stepper Click 基于 TB67S209FTG,这是一款来自东芝半导体的使用 PWM 切断器的两相双极步进电机驱动器。TB67S209FTG 具有内置的时钟解码器(CLOCK-in 控制),这意味着每次 CLK 信号的上升沿连接到 mikroBUS™ 插座的 PWM 引脚时,电机会移动一个电角度。它还集成了低导通电阻的 MOSFET 输出级,可以提供 2.8A 电流,电机输出电压额定值为 47V,并具有过电流、过温和欠压检测等集成保护机制。此外,它支持从全步到 1/32 步的分辨率,有助于显著降低电机噪声,实现更平滑的操作和更精确的控制。TB67S209FTG 支持可选的混合衰减模式。虽然混合衰减通过控制两种不同类型的衰减(快速衰减和慢速衰减)来确定,但此功能使用户能够通过 PCA9555A 引脚 P4/P5 选择混合衰减的比例。为了允许通过扩展器配置这两个引脚,标有 JP4 的 SMD 跳线必须设置到标有 P4 的适当位置。此外,可以通过板载电位器 VR1 手动设置电机电流输出值,该电位器将参考电压设置为 0V 到 3.3V。如前所述,TB67S209FTG 通过其控制信号支持各

种步进分辨率配置。这些控制信号是通过 PCA9555A 端口扩展器提供的,该扩展器通过 I2C 串行接口与 MCU 通信。该 Click board™ 还允许在标有 P1 和 P2 的 J1 接口引脚上连接外部步进分辨率控制信号,以控制设备的 DMODE1 和 DMODE2。PCA9555A 还允许通过设置标有 ADDR SEL 的 SMD 跳线选择其 I2C 从设备地址的最低有效位(LSB)到标有 0 和 1 的适当位置。此外,该 Click board™ 具有 Standby 功能,当所有三个步进分辨率控制信号处于低逻辑状态时激活,用于通过将所有电机控制引脚设置为低逻辑状态切换到 Standby 模式。当 Standby 模式激活时,TB67S209FTG 会停止为内部振荡电路和电机输出部分供电(无法执行电机驱动)。除了 I2C 通信外,还使用了几个连接到 mikroBUS™ 插座的 GPIO 引脚。标有 EN 并连接到 mikroBUS™ 插座 CS 引脚的 Enable 引脚优化了用于电源开/关目的的功耗。一个简单的旋转方向功能连接到 mikroBUS™ 插座的 AN 引脚,允许 MCU 管理步进电机的方向(顺时针或逆时针),而

 mikroBUS™ 插座的 RST 引脚则通过内部计数器初始化电角以设置初始位置。关于角度监控,该 Click board™ 通过将标有 JP5 的 SMD 跳线设置到标有 P6 或 INT 的适当位置,选择通过扩展器还是通过 mikroBUS™ 插座的 INT 引脚进行监控。在这种情况下,如果检测到异常(如过温或过流),则会通过标有 DIAG 的红色 LED 和通过 I2C INT 到 mikroBUS™ INT 引脚的 P7 引脚指示异常,前提是 JP5 设置为 P6。Multi Stepper Click 支持 TB67S209FTG 的外部电源,可以连接到标有 VM 的输入端子,电压范围应在 10V 到 47V 之间,而步进电机线圈可以连接到标有 B+、B-、A- 和 A+ 的端子。该 Click board™ 可以通过 VCC SEL 跳线选择 3.3V 或 5V 逻辑电压级别操作。这种方式,3.3V 和 5V 兼容的 MCU 都可以正确使用通信线路。然而,该 Click board™ 配备了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。

Multi Stepper Click - TB67S209 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

28

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 是一款适应性强的 5VDC 步进电机,设计紧凑,适用于各种应用。它具有四相,速度变化比为 1/64,步距角为 5.625°/64 步,允许精确控制。电机以 100Hz 的频率运行,在 25°C 时的直流电阻为 50Ω ±7%。其空载牵引频率大于 600Hz,空载出牵引频率超过 1000Hz,确保在不同场景下的可靠性。28BYJ-48 在 120Hz 时的自定位扭矩和牵引扭矩均超过 34.3mN.m,表现出色。其摩擦扭矩范围为 600 到 1200 gf.cm,而拉入扭矩为 300 gf.cm。这款电机是满足您步进电机需求的可靠且高效的选择。

Multi Stepper Click - TB67S209 accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Rotation Direction
PC0
AN
Reset
PD2
RST
Enable
PB2
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Clock Signal
PD6
PWM
Interrupt
PC3
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PC5
SCL
I2C Data
PC4
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Multi Stepper Click - TB67S209 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
Arduino UNO Rev3 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
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

该库包含 Multi Stepper Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • multisteppertb67s209_set_step_mode - 该函数设置步进模式分辨率设置。

  • multisteppertb67s209_drive_motor - 该函数以选定的速度驱动电机特定步数。

  • multisteppertb67s209_set_direction - 该函数通过设置AN引脚逻辑状态来设置电机方向。

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 MultiStepperTB67S209 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Multi Stepper TB67S209 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-clockiwse for 100 steps with
 * 2 seconds delay before changing the direction.
 * Each step will be logged on the USB UART where you can track the program flow.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "multisteppertb67s209.h"

static multisteppertb67s209_t multisteppertb67s209;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    multisteppertb67s209_cfg_t multisteppertb67s209_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.
    multisteppertb67s209_cfg_setup( &multisteppertb67s209_cfg );
    MULTISTEPPERTB67S209_MAP_MIKROBUS( multisteppertb67s209_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == multisteppertb67s209_init( &multisteppertb67s209, &multisteppertb67s209_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( MULTISTEPPERTB67S209_ERROR == multisteppertb67s209_default_cfg ( &multisteppertb67s209 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    log_printf ( &logger, " Move 200 steps clockwise \r\n\n" );
    multisteppertb67s209_set_direction ( &multisteppertb67s209, MULTISTEPPERTB67S209_DIR_CW );
    multisteppertb67s209_drive_motor ( &multisteppertb67s209, 200, MULTISTEPPERTB67S209_SPEED_FAST );
    Delay_ms ( 2000 );
    
    log_printf ( &logger, " Move 100 steps counter-clockwise \r\n\n" );
    multisteppertb67s209_set_direction ( &multisteppertb67s209, MULTISTEPPERTB67S209_DIR_CCW );
    multisteppertb67s209_drive_motor ( &multisteppertb67s209, 100, MULTISTEPPERTB67S209_SPEED_FAST );
    Delay_ms ( 2000 );
}

void main ( void ) 
{
    application_init( );

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

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

额外支持

资源

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