初学者
10 分钟

使用DRV8825和ATmega328将您的项目提升到前所未有的精度和控制水平

超越旋转和转动:与我们一起重新定义运动控制

Stepper 21 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 27, 2024

点击板

Stepper 21 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328

使用我们的高性能步进电机驱动器改造您的项目,提供无与伦比的精度和易于集成的特性。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Stepper 21 Click基于德州仪器的步进电机控制器集成电路DRV8825。通过集成两个NMOS H桥、电流感应和STEP/DIR接口,DRV8825允许与控制电路轻松接口。STEP/DIR接口提供了一种简单的方法来通过索引表前进,方向由DIR输入引脚确定,索引器每个STEP输入引脚的上升沿移动一次。它使用快速、慢速和混合衰减三种衰减模式,作为高度可配置的电流调节。其他功能包括过流保护、热关断、电源电压欠压锁定和故障条件指示。主机MCU可以通过mikroBUS™插座的DIR和STP引脚直接控制步进驱动器的方向和步数。Stepper 21 Click的特色之一是配有一个VREF电位计,用于设置A和B桥绕组电流的参考电压。Stepper 21 

Click还使用PCA9538A,这是NXP Semiconductors的低电压8位I/O端口扩展器,通过其标准的双线接口与主机MCU通信并控制一些步进驱动器的功能。PCA9538A提供了一组灵活的GPIO,包含一个8位寄存器集,并且对于通过引脚有限的mikroBUS™插座将DRV8825控制引脚接口到主机MCU是必要的。除了标准的双线接口,主机MCU还可以通过mikroBUS™插座的RST和INT引脚访问扩展器的复位和中断线。当任何输入状态与其对应的输入端口寄存器状态不同时,中断输出被激活。扩展器的I2C地址可以通过默认设置为0的ADDR SEL跳线选择。扩展器还可以控制其他功能,如睡眠模式、原点位置指示、衰减模式选择、

由过温和过流保护触发的故障指示,或者允许您打开或关闭步进驱动器。最后但同样重要的是,扩展器控制微步模式组合(Mode 0-2),从而允许选择全步、1/2步、1/4步、1/8步、1/16步和1/32步。Stepper 21 Click支持DRV8825的外部电源,可以连接到标记为INPUT VM的输入端子,范围应在8.2V到45V(2.5A)之间,而步进电机线圈可以连接到标记为B+、B-、A-和A+的端子。该Click板™可以通过VCC SEL跳线选择使用3.3V或5V逻辑电压电平,从而使3.3V和5V的MCU都能够正确使用通信线路。此外,该Click板™配备了包含易于使用的功能库和示例代码的库,可以作为进一步开发的参考。

Stepper 21 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。该电机在100Hz频率下工作,在25°C时具有50Ω ±7%的直流电阻。它的空载牵引频率大于600Hz,空载脱扣频率超过1000Hz,确保在不同场景中的可靠性。28BYJ-48在120Hz时的自定位转矩和牵引转矩均超过34.3mN.m,提供强大的性能。其摩擦转矩范围为600到1200 gf.cm,而拉入转矩为300 gf.cm。该电机是满足您步进电机需求的可靠高效选择。

Stepper 21 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Stepper Direction
PC0
AN
Reset
PD2
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Stepper Indexer
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 21 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 21 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • stepper21_set_step_mode - 此功能设置步进模式分辨率设置。

  • stepper21_set_direction - 此功能通过设置DIR引脚逻辑状态来设置电机方向。

  • stepper21_drive_motor - 此功能以选定速度驱动电机进行特定步数。

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 21 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Stepper 21 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 "stepper21.h"

static stepper21_t stepper21;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stepper21_cfg_t stepper21_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.
    stepper21_cfg_setup( &stepper21_cfg );
    STEPPER21_MAP_MIKROBUS( stepper21_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == stepper21_init( &stepper21, &stepper21_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( STEPPER21_ERROR == stepper21_default_cfg ( &stepper21 ) )
    {
        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" );
    stepper21_set_step_mode ( &stepper21, STEPPER21_MODE_FULL_STEP );
    stepper21_set_direction ( &stepper21, STEPPER21_DIR_CW );
    stepper21_drive_motor ( &stepper21, 200, STEPPER21_SPEED_FAST );
    Delay_ms ( 2000 );
    
    log_printf ( &logger, " Move 400 quarter steps counter-clockwise \r\n\n" );
    stepper21_set_step_mode ( &stepper21, STEPPER21_MODE_QUARTER_STEP );
    stepper21_set_direction ( &stepper21, STEPPER21_DIR_CCW );
    stepper21_drive_motor ( &stepper21, 400, STEPPER21_SPEED_VERY_FAST );
    Delay_ms ( 2000 );
}

void main ( void ) 
{
    application_init( );

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

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

额外支持

资源

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