高级
30 分钟

享受TB9120AFTG和ATmega328为您的双极步进电机带来的无可挑剔的性能

智能。紧凑。可靠。一应俱全!

Stepper 11 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 25, 2024

点击板

Stepper 11 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328

使用紧凑的设计和可靠的性能,我们的集成电机驱动解决方案让管理双极步进电机变得轻松。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Stepper 11 Click基于Toshiba Semiconductor的汽车应用专用恒流2相步进电机驱动器TB9120AFTG。TB9120AFTG采用低导通电阻DMOS场效应晶体管,最大输出电流可达2A。内置的混合衰减模式有助于稳定电流波形。还集成了多种保护机制,如过流和过温检测、热关断和堵转检测。由于其支持的许多微步进,可以大大减少电机噪音,实现更平稳的运行和更精确的控制。适用于使用步进电机的广泛汽车应用,支持操作温度范围为-40°C至125°C。电流值由MCP1804获取的参考电压设置。TB9120AFTG的VREF引脚的电流阈值点,与MCP1804一起,可以通过标记为VR1的板载调节器手动设置。除了I2C通信外,还使用与mikroBUS™插座引脚连接的几个GPIO引脚将信息转发到与最大频率为400kHz的PCA9538A端口扩展器相关的MCU。

PCA9538A还允许通过将标记为ADDR SEL的SMD跳线器位置设置为标记为0和1的适当位置来选择其I2C从机地址的最低有效位(LSB)。使能引脚,标记为EN并路由到mikroBUS™插座的CS引脚,可以优化功耗,并用于开关机目的。在这种状态下,所有电路,包括接口引脚,都处于不活动状态,TB9120AFTG以最低功耗形式运行。路由到mikroBUS™插座的AN引脚的简单DIR引脚允许MCU管理步进电机的方向(顺时针或逆时针)。与此同时,标记为SW1-SW3的板载开关使用户可以设置激励模式、步进电机步距分辨率,而SW4-SW5设置扭矩和旋转力。除了这些特点外,此Click板还使用路由到mikroBUS™插座的PWM引脚的CLK步进时钟引脚进行PWM恒流控制,以在混合衰减模式下提供稳定的输出波形。mikroBUS™插座的RST引脚初始化内部计数器中的电角度,以设

置初始位置。通过标记为MO的板载蓝色LED指示达到初始位置。此Click板还有两个额外的LED用于异常指示。如果检测到诸如电机负载开路、过温或过流等状态,则由标记为DIAG的红色LED指示此类异常,而标记为SD的橙色LED指示检测到了停转(步进失效)情况。可以通过标记为VR2的板载调节器手动设置电机停转检测阈值。Stepper 11 Click支持为TB9120AFTG提供外部电源,该电源可连接到标记为VM的输入端子,应在7V至18V的范围内,而步进电机线圈可连接到标记为B+、B-、A-和A+的端子。此Click板可以使用通过VCC SEL跳线选择的3.3V或5V逻辑电压级别运行。这样,既支持3.3V又支持5V的MCU可以正确使用通信线路。此外,此Click板配备了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 11 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是一款多功能的5VDC步进电机,采用紧凑设计,适用于各种应用场合。它具有四相、速度变化比为1/64以及步距角为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%。它具有大于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,性能稳健。其摩擦扭矩范围为600至1200 gf.cm,而拉力扭矩为300 gf.cm。这款电机是您步进电机需求的可靠高效选择。

Stepper 11 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Rotation Direction
PC0
AN
Electrical Angle intilizing
PD2
RST
Enable
PB2
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Step Clock
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

Stepper 11 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

该库包含 Stepper 11 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • stepper11_set_step_resolution - 设置步进分辨率。

  • stepper11_move_motor_angle - 以角度值移动电机。

  • stepper11_move_motor_step - 以步数值移动电机。

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 Stepper11 Click example
 *
 * # Description
 * This example showcases the device's ability to control the motor.
 * It initializes the device for control and moves the motor in two 
 * directions in a variety of resolutions for 360 degrees.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization of communication modules(I2C, UART) and additional pins
 * for control of device. Then sets default configuration that enables
 * device for motor control.
 *
 * ## Application Task
 * Firstly it rotates motor in CW direction for 360 degrees in FULL step 
 * resolution. Then changes direction in CCW and rotates backwards 360 degrees
 * in 2 different step resolutions (Quarter and 1/16) in 180 degrees each.
 *
 * @author Luka Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "stepper11.h"

static stepper11_t stepper11;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stepper11_cfg_t stepper11_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.
    stepper11_cfg_setup( &stepper11_cfg );
    STEPPER11_MAP_MIKROBUS( stepper11_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = stepper11_init( &stepper11, &stepper11_cfg );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) 
    {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }

    stepper11_default_cfg ( &stepper11 );
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    stepper11_set_step_resolution( &stepper11, STEPPER11_RESOLUTION_FULL );
    stepper11_set_direction( &stepper11, 1 );
    log_info( &logger, " Rotate motor CW for 360 degrees in full step" );
    stepper11_move_motor_angle( &stepper11, 360, STEPPER11_SPEED_FAST );
    Delay_ms ( 1000 );
    stepper11_set_direction( &stepper11, 0 );
    stepper11_set_step_resolution( &stepper11, STEPPER11_RESOLUTION_QUARTER );
    log_info( &logger, " Rotate motor CCW for 180 degrees in half step" );
    stepper11_move_motor_angle( &stepper11, 180, STEPPER11_SPEED_FAST );
    Delay_ms ( 1000 );
    stepper11_set_step_resolution( &stepper11, STEPPER11_RESOLUTION_1div16 );
    log_info( &logger, " Rotate motor CCW for 180 degrees in 1/8 step" );
    stepper11_move_motor_angle( &stepper11, 180, STEPPER11_SPEED_FAST );
    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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