初学者
10 分钟

使用 STSPIN220 和 ATmega328P 在艰难环境中控制步进电机

静音且高精度的步进电机驱动解决方案,每个桥臂可提供高达 1.5A 的电流

STSPIN820 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 25, 2024

点击板

STSPIN820 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

具有步进时钟和方向接口的高级256微步集成电机驱动器。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

STSPIN820 Click基于STMicroelectronics的先进步进电机驱动器STSPIN820。该单片IC集成了电源MOSFET和逻辑电路,简化了连接的双极步进电机的控制和可靠运行。该IC具有支持高达256微步的微步进序列器,能够实现非常平滑和静音的运动。步进序列器还控制VREF电压,在微步进期间使线圈中的电流达到最佳。在全步模式下,通过线圈的最大电流由VREF控制。随着序列器通过微步进传播,VREF按循环模式进一步降低,确保每一步的最大功率效率。STSPIN820具有两个PWM电流控制器,每个H桥具有固定的OFF时间,在此期间进行电流衰减序列。这有效地限制了通过连接电机相的最大电流。此Click板™上的OFF(衰减)时间约为25µs。DECAY引脚确定衰减模式。在混合衰减模式(DECAY引脚为低逻辑电平)下,衰减周期分为慢衰减和快衰减部分。慢衰减部分持续总OFF时间的5/8,而快衰减部分持续总OFF时间的3/8。当

DECAY引脚处于高逻辑电平时,慢衰减模式持续整个OFF时间。PWM电流控制器比较两个检测电阻(VSENS1和VSENS2)上的电压和VREF电压,可以通过电位器进行调整。当VSENS超过VREF电压时,会触发电流限制,OFF定时器开始计时。STSPIN820包含两个独立的H桥,每个H桥控制双极步进电机的一个相位。电机可以通过使用以下引脚进行控制:DIR、STCK、RST、EN和FAULT。DIR引脚确定旋转方向。如果设置为高逻辑电平,内部微步进计数器将在通过STCK引脚的每个脉冲时增加其值。此引脚上的低逻辑电平将导致微步进序列器减少其计数器。DIR引脚也路由到mikroBUS™引脚AN(标记为DIR)。Click板™上的SW1、SW2和SW3开关用于确定步进大小。它们分别连接到MODE 1、MODE 2和MODE 3引脚。所有这些开关都可以在操作期间随时设置模式。STSPIN820的STBY/RESET(RST)引脚用

于将两个桥输出设置为高阻模式,断开电源与H桥的连接。此引脚允许较低的平均功耗,因为无法从电源到电机流动电流。此引脚路由到mikroBUS™的RST引脚。当退出待机模式时,控制逻辑电路将重置。EN/FAULT(EN)引脚具有双重功能:当设置为高逻辑电平时,它作为芯片使能,允许设备运行。如果IC出现故障条件,它将被断言为低逻辑电平,作为中断引脚。在外部电容器和电阻值定义的超时时间后,将进行重新启动尝试。此引脚路由到mikroBUS™的CS和INT引脚,允许主机MCU使用这两个功能。这些引脚在Click板™上分别标记为EN和FLT。电机电源可以连接到标记为VIN的输入端子,电压范围应在7V至45V之间。步进电机线圈可以连接到A1、B2、B1和A2端子。Click板™需要外部电源供电以使电机工作。此外,它还需要来自mikroBUS™轨的3.3V电压。

STSPIN820 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5VDC步进电机,设计紧凑,适用于各种应用。它具有四个相位,速度变化比为1/64,步距角为5.625°/64步,允许精确控制。电机在100Hz频率下工作,在25°C时的直流电阻为50Ω ±7%。它的空载牵引频率大于600Hz,空载脱离频率超过1000Hz,确保在不同场景下的可靠性。28BYJ-48在120Hz时的自定位转矩和牵引转矩均超过34.3mN.m,提供强劲性能。其摩擦转矩范围为600到1200 gf.cm,而拉入转矩为300 gf.cm。该电机是您步进电机需求的可靠高效选择。

STSPIN820 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Direction Control
PC0
AN
Reset
PD2
RST
Chip Enable
PB2
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Step Control
PD6
PWM
Fault Interrupt
PC3
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

STSPIN820 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 STSPIN820 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • stspin820_set_direction - 此函数通过设置DIR引脚的逻辑状态来设置电机方向。

  • stspin820_drive_motor - 此函数以选定的速度驱动电机指定步数。

  • stspin820_reset_device - 此函数通过切换RST引脚来重置设备。

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 STSPIN820 Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the STSPIN820 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-clockwise with a 2 seconds
 * delay delay on driving mode change. 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 "stspin820.h"

static stspin820_t stspin820;   /**< STSPIN820 Click driver object. */
static log_t logger;    /**< Logger object. */

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stspin820_cfg_t stspin820_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.
    stspin820_cfg_setup( &stspin820_cfg );
    STSPIN820_MAP_MIKROBUS( stspin820_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( DIGITAL_OUT_UNSUPPORTED_PIN == stspin820_init( &stspin820, &stspin820_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    stspin820_default_cfg ( &stspin820 );
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    log_printf ( &logger, " Move 200 steps clockwise, speed: slow\r\n\n" );
    stspin820_set_direction ( &stspin820, STSPIN820_DIR_CW );
    stspin820_drive_motor ( &stspin820, 200, STSPIN820_SPEED_SLOW );
    Delay_ms ( 2000 );
    
    log_printf ( &logger, " Move 200 steps counter-clockwise, speed: fast\r\n\n" );
    stspin820_set_direction ( &stspin820, STSPIN820_DIR_CCW );
    stspin820_drive_motor ( &stspin820, 200, STSPIN820_SPEED_FAST );
    Delay_ms ( 2000 );
}

int main ( void ) 
{
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

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

额外支持

资源

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