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30 分钟

使用 TB67S549FTG 和 ATmega328 轻松驱动双极步进电机

平稳的电机驱动操作

Stepper 12 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 25, 2024

点击板

Stepper 12 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328

使用脉冲信号实现精确的旋转角度和速度控制

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Stepper 12 Click基于TB67S549FTG,这是一款双相双极步进电机驱动器,设计用于控制一个双极步进电机,由于Toshiba Semiconductor内置的先进电流检测系统(ACDS)的内置功能,因此无需电阻式电流感测。 TB67S549FTG采用低导通电阻的DMOS FET,可提供最大1.5A的电流,电机输出电压额定值为40V,并集成了过流、过温和欠压锁定等保护机制以进行错误检测(LO LED指示灯)。它支持全步到1/32步的分辨率,以减少电机噪音并实现更平滑的控制,具有内置的先进动态混合衰减(ADMD)功能,有助于稳定电流波形。由于TB67S549FTG支持的步骤很多,因此可以通过更平滑的操作和更精确的控制显着减少电机噪音。它适用于各种应用,如办公自动化以及商业和工业设备。 PWM恒流模式中的电流值由MCP1501获得的参考电压设置。此外,TB67S549FTG的电流阈值点,以及MCP1501,都可以使用标记为VR的板载调

节器手动设置。除了I2C通信外,连接到mikroBUS™插座引脚的几个GPIO引脚还用于将信息转发到与PCA9555A端口扩展器相关的MCU。 PCA9555A还允许通过将标记为ADDR SEL的SMD跳线器定位到适当的位置(标记为0和1)来选择其I2C从机地址的最低有效位(LSB),并将其中断功能路由到mikroBUS™插座的INT引脚。 CLK时钟信号,路由到mikroBUS™插座的PWM引脚,使每个上升沿都可以移动电机的当前步骤和电气角度,而使能引脚,标记为EN并路由到mikroBUS™插座的CS引脚,则控制输出A和B步进电机驱动通道的状态。正常的恒流控制是通过打开电机驱动器(高电平)来开始的,而通过设置电机驱动器关闭,输出变为高阻抗,因为MOSFET被设置为关闭(低电平)。此外,可以使用睡眠功能停止所有电路,从而启用节能模式。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),而

mikroBUS™插座的RST引脚初始化内部计数器中的电气角度以设置初始位置。通过标记为MO的板载橙色LED指示实现初始位置。此Click板™的一个特点是多功能开关,允许用户通过选择特定开关来设置适当的功能,例如1 - 睡眠模式激活;2, 3 - 电机扭矩设置;5 - 衰减控制;6, 7, 8 - 步分辨率设置。除了通过物理方式设置这些功能外,用户还可以通过I2C接口以数字方式选择它们。Stepper 12 Click支持TB67S549FTG的外部电源,可连接到标记为VM的输入端子,应在4.5V至34V的范围内,而步进电机线圈可以连接到标记为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逻辑电压电平操作。这样,既可以使用3.3V又可以使用5V的MCU正确使用通信线。然而,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 12 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适应性强的5VDC步进电机,具有紧凑的设计。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。电机以100Hz的频率运行,在25°C时的DC电阻为50Ω ±7%。它具有大于600Hz的空载吸合频率和超过1000Hz的空载分离频率,确保在不同场景下的可靠性。28BYJ-48在120Hz时的自定位力和吸合力都超过34.3mN.m,具有强大的性能。其摩擦力矩范围为600至1200 gf.cm,而吸合力矩为300 gf.cm。这款电机是您步进电机需求的可靠高效选择。

Stepper 12 Click accessories 1 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 12 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

软件支持

库描述

该库包含 Stepper 12 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • stepper12_set_direction - 该函数通过设置DIR引脚的逻辑状态来设置电机方向。

  • stepper12_drive_motor - 该函数以选定的速度驱动电机执行特定数量的步骤。

  • stepper12_set_step_mode - 该函数设置步进模式的分辨率设置。

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 12 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Stepper 12 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 400 quarter
 * steps with 2 seconds delay before changing the direction. 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 "stepper12.h"

static stepper12_t stepper12;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stepper12_cfg_t stepper12_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.
    stepper12_cfg_setup( &stepper12_cfg );
    STEPPER12_MAP_MIKROBUS( stepper12_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == stepper12_init( &stepper12, &stepper12_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( STEPPER12_ERROR == stepper12_default_cfg ( &stepper12 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    log_printf ( &logger, " Move 200 full steps clockwise \r\n\n" );
    stepper12_set_step_mode ( &stepper12, STEPPER12_MODE_FULL_STEP );
    stepper12_set_direction ( &stepper12, STEPPER12_DIR_CW );
    stepper12_drive_motor ( &stepper12, 200, STEPPER12_SPEED_FAST );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    
    log_printf ( &logger, " Move 400 quarter steps counter-clockwise \r\n\n" );
    stepper12_set_step_mode ( &stepper12, STEPPER12_MODE_QUARTER_STEP );
    stepper12_set_direction ( &stepper12, STEPPER12_DIR_CCW );
    stepper12_drive_motor ( &stepper12, 400, STEPPER12_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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