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20 分钟

使用 DRV8889A 和 ATmega328P 告别复杂的电机控制

以精确和高效的方式为您的设计提供支持!

Stepper 15 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 25, 2024

点击板

Stepper 15 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

我们的一体化双极步进电机驱动解决方案提供了精度与效率的完美结合,确保您的项目无缝运行。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Stepper 15 Click基于DRV8889A,这是德州仪器(Texas Instruments)为双极步进电机设计的一体化电机驱动解决方案。DRV8889A集成了两个N沟道功率MOSFET H桥(上电后默认禁用)、集成电流感应和调节电路以及微步索引器。它可以使用4.5到45V的电源电压供电,提供高达2.4A峰值、1.5A全量程或1.1A RMS的输出电流。DRV8889A采用集成电流感应架构,消除了对两个外部功率感应电阻的需求。该架构通过使用电流镜像方法和内部功率MOSFET进行电流感应,消除了在感应电阻上的功率消耗。它还包括一个集成的扭矩DAC,允许控制器通过全双

工、4线同步SPI接口调节输出电流,而无需调节电压参考。扭矩DAC允许控制器在不需要高输出扭矩时通过减少电机电流消耗来节省系统功率。一个简单的STEP/DIR接口允许外部MCU管理步进电机的方向和步进速率。内部索引器可以执行高精度微步进,无需MCU处理绕组电流级别。索引器能够执行整步、半步和1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128和1/256微步进。此外,为了在较高电机RPM时增加扭矩输出,还提供了非循环半步进模式和标准半步进模式。除了由mikroBUS™插座的PWM引脚控制的STEP引脚外,其他DRV8889A的引脚,如睡眠模式选择、故

障指示器、方向选择和设备关闭引脚,通过使用标准I2C 2线接口(最高频率为400kHz)的NXP Semiconductor的PCA9538 8位I/O扩展器控制。PCA9538还使用mikroBUS™插座的RST和INT引脚作为硬件复位和中断功能。此Click板™可以通过VCC SEL跳线选择3.3V和5V逻辑电压电平运行。它允许具有3.3V和5V功能的MCU正确使用通信线路。此外,还可以通过标记为VM SEL的跳线选择步进电机驱动器电源,从4.5到45V范围的外部输入端子或来自mikroBUS™电源轨的5V供电DRV8889A。

Stepper 15 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

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5V直流步进电机,设计紧凑,适用于各种应用。它具有四相结构,速度变化比为1/64,步进角度为5.625°/64步,允许精确控制。电机以100Hz频率运行,在25°C时具有50Ω ±7%的直流电阻。它的空载牵引频率大于600Hz,空载脱牵引频率超过1000Hz,确保在不同场景下的可靠性。28BYJ-48具有超过34.3mN.m的自定位力矩和牵引力矩(在120Hz),提供强劲的性能。其摩擦力矩范围为600至1200 gf.cm,而牵引力矩为300 gf.cm。这款电机是您步进电机需求的可靠且高效的选择。

Stepper 15 Click accessories 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
Step Rate
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 15 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
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 Stepper 15 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • stepper15_make_one_step - Stepper 15单步功能。

  • stepper15_set_direction - Stepper 15设置方向功能。

  • stepper15_step_by_angle - Stepper 15按角度步进功能。

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 Stepper15 Click example
 *
 * # Description
 * This library contains API for the Stepper 15 Click driver.
 * The library contains drivers for work control of the Stepper Motor.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes I2C and SPI driver and set default configuration,
 * enable the device and enable outputs mode.
 *
 * ## Application Task
 * The application task represents an example that demonstrates 
 * the use of the Stepper 15 Click board™ 
 * with which the user can sequentially move the motor. 
 * The first part of the sequence executes the clockwise/counterclockwise motor movement
 * for an angle of 90-degrees with a step speed of 85/100%, 
 * all the way to the last sequence of the same movement routine of 360-degree angle
 * with a step speed of 85/100%. 
 * Results are sent to the USART Terminal, where you can track their changes.
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "stepper15.h"

static stepper15_t stepper15;
static log_t logger;
static uint8_t step_speed = 100;
static uint16_t step_360 = 200;

void application_init ( void ) {
    log_cfg_t log_cfg;              /**< Logger config object. */
    stepper15_cfg_t stepper15_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.

    stepper15_cfg_setup( &stepper15_cfg );
    STEPPER15_MAP_MIKROBUS( stepper15_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag  = stepper15_init( &stepper15, &stepper15_cfg );
    if ( ( init_flag == I2C_MASTER_ERROR ) || ( init_flag == SPI_MASTER_ERROR ) ) {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }

    stepper15_default_cfg ( &stepper15 );
    log_info( &logger, " Application Task " );
    log_printf( &logger, "---------------------------------\r\n" );
    
    stepper15_set_work_mode( &stepper15, STEPPER15_WORK_MODE_ENABLE_DEVICE );
    Delay_ms ( 100 );
    stepper15_set_output_mode( &stepper15, STEPPER15_OUTPUT_MODE_OUTPUTS_ENABLE );
    Delay_ms ( 100 );
    
    if ( stepper15_get_fault_condition( &stepper15 ) == STEPPER15_FAULT_CONDITION ) {
        log_printf( &logger, "         Fault condition         \r\n" );   
    } else {
        log_printf( &logger, "        Correct condition        \r\n" );
    }
    
    log_printf( &logger, "---------------------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "      Stop the stepper motor     \r\n" );
    stepper15_motor_stop( &stepper15 );
    Delay_ms ( 1000 );
}

void application_task ( void ) {
    log_printf( &logger, "---------------------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "        Clockwise motion         \r\n" );
    log_printf( &logger, " Angle of rotation :  90 degrees \r\n" );
    log_printf( &logger, " Step speed        :  85 %%      \r\n" );
    stepper15_set_direction ( &stepper15, STEPPER15_DIRECTION_CLOCKWISE );
    stepper15_step_by_angle( &stepper15, step_speed - 15, 90, step_360 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    
    log_printf( &logger, "---------------------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "     Counterclockwise motion     \r\n" );
    log_printf( &logger, " Angle of rotation : 180 degrees \r\n" );
    log_printf( &logger, " Step speed        :  85 %%      \r\n" );
    stepper15_set_direction ( &stepper15, STEPPER15_DIRECTION_COUNTERCLOCKWISE );
    stepper15_step_by_angle( &stepper15, step_speed - 15, 180, step_360 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    
    log_printf( &logger, "---------------------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "        Clockwise motion         \r\n" );
    log_printf( &logger, " Angle of rotation : 270 degrees \r\n" );
    log_printf( &logger, " Step speed        :  90 %%      \r\n" );
    stepper15_set_direction ( &stepper15, STEPPER15_DIRECTION_CLOCKWISE );
    stepper15_step_by_angle( &stepper15, step_speed - 10, 270, step_360 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    
    log_printf( &logger, "---------------------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "     Counterclockwise motion     \r\n" );
    log_printf( &logger, " Angle of rotation : 360 degrees \r\n" );
    log_printf( &logger, " Step speed        : 100 %%      \r\n" );
    stepper15_set_direction ( &stepper15, STEPPER15_DIRECTION_COUNTERCLOCKWISE );
    stepper15_step_by_angle( &stepper15, step_speed, 360, step_360 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    
    log_printf( &logger, "---------------------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "        Clockwise motion         \r\n" );
    log_printf( &logger, " Angle of rotation : 360 degrees \r\n" );
    log_printf( &logger, " Step speed        : 100 %%      \r\n" );
    stepper15_set_direction ( &stepper15, STEPPER15_DIRECTION_CLOCKWISE );
    stepper15_step_by_angle( &stepper15, step_speed, 360, step_360 );
    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

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