初学者
10 分钟

使用MTS62C19A和STM32F103RB创建可靠且精确的步进电机驱动解决方案

具有全步和半步控制模式的双全桥步进电机驱动器

Stepper 7 Click with Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Stepper 7 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F103RB

能够驱动双绕组的双极步进电机或双向控制两个直流电机。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Stepper 7 Click基于Microchip的MTS62C19A,这是一款双全桥电机驱动器。该IC的内部结构是对称的。它具有两个MOSFET H桥,用于驱动双极步进电机的两个线圈,实现双向控制。MTS62C19A使用宽输入电压范围 - 从10V到30V。这是用于激活电机线圈的电压。该IC的逻辑部分使用独立的电压级别,并从mikroBUS™的+5V轨道获取。MTS62C19A有两个PHASE输入,用于控制电流通过H桥的流向,从而控制电机线圈。输出电流水平由内部PWM电路控制,使用两个逻辑输入(Ix0和Ix1)、电流感应电阻和VREFx输入上的电压进行配置 - 在Stepper 7 Click上设置为+5V。通过在Ix0和Ix1引脚上设置状态,可以将电机线圈中的输出电流限制为最大输出电流的0%、33%、67%和100%,最大输出电流约

为500mA。此设置允许通过切换六个控制引脚的状态:PHASE1、PHASE2、I01、I02、I11和I12,以在全步和半步模式下控制步进电机。双极步进电机线圈可以连接到板载螺钉端子。每个步进电机线圈都使用两个端子连接。第三个连接器连接外部电压,范围从10V到30V,取决于所使用的电机电压要求。值得注意的是,如果未连接有效的外部电压到此端子,电机将无法工作。此外,根据数据表,40V是绝对最大允许电压。因此,在驱动较重的负载时,可能会触发过温保护。建议的最大电压不应超过30V,如PCB的丝印层所述。MTS62C19A的控制线路被路由到Stepper 7板上的第二个IC,即MCP23S08,这是一款著名的8位I/O扩展器,具有串行接口。它允许通过SPI驱动MTS62C19A IC的控制线路,并且使用较少

的引脚 - 减少了Stepper 7 click所需的引脚数。这也允许发送紧凑的SPI消息,而不是同时切换多个引脚 - 这有时可能会导致时间问题,特别是当这些引脚属于不同的MCU端口时。更改端口扩展器的供电电压允许使用不同的SPI逻辑电平进行通信 - 3.3V或5V,取决于主机MCU。这可以通过切换标记为PWR SEL的板载SMD跳线的位置来实现。这个Click board™可以通过PWR SEL跳线选择3.3V或5V逻辑电压电平运行。这样,既能够使用3.3V,也能够使用5V逻辑电压的MCU可以正确地使用通信线路。此外,这个Click board™配备有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 7 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F103RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于  ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M3

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

20480

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 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器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

28BYJ-48是一款适用于各种应用的可调节5V直流步进电机,设计紧凑。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。该电机在100Hz频率下运行,25°C时的直流电阻为50Ω ±7%。它拥有超过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,表现稳健。其摩擦扭矩范围为600到1200 gf.cm,而拉入扭矩为300 gf.cm。对于您的步进电机需求,这款电机是可靠高效的选择。

Stepper 7 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset
PC12
RST
SPI Chip Select
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
NC
NC
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Stepper 7 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32F103RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32XXX MCU Access MB 1 Mini B Conn - 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
Clicker 4 for STM32F4 HA 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

这个库包含了Stepper 7 Click驱动程序的API。

关键函数:

  • stepper7_set_direction - 这个函数将电机方向设置为顺时针或逆时针,存储在ctx->direction中。

  • stepper7_set_step_mode - 这个函数设置步进模式的分辨率设置,存储在ctx->step_mode中。

  • stepper7_drive_motor - 这个函数以选定的速度驱动电机,进行特定数量的步进。

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 7 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Stepper 7 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 200 half
 * steps and 800 1/8th steps with 2 seconds 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 "stepper7.h"

static stepper7_t stepper7;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stepper7_cfg_t stepper7_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.
    stepper7_cfg_setup( &stepper7_cfg );
    STEPPER7_MAP_MIKROBUS( stepper7_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == stepper7_init( &stepper7, &stepper7_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( STEPPER7_ERROR == stepper7_default_cfg ( &stepper7 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    log_printf ( &logger, " Move 200 full steps clockwise, speed: slow\r\n\n" );
    stepper7_set_direction ( &stepper7, STEPPER7_DIR_CW );
    stepper7_set_step_mode ( &stepper7, STEPPER7_MODE_FULL_STEP );
    stepper7_drive_motor ( &stepper7, 200, STEPPER7_SPEED_SLOW );
    Delay_ms ( 2000 );

    log_printf ( &logger, " Move 200 half steps counter-clockwise, speed: medium\r\n\n" );
    stepper7_set_direction ( &stepper7, STEPPER7_DIR_CCW );
    stepper7_set_step_mode ( &stepper7, STEPPER7_MODE_HALF_STEP );
    stepper7_drive_motor ( &stepper7, 200, STEPPER7_SPEED_MEDIUM );
    Delay_ms ( 2000 );

    log_printf ( &logger, " Move 800 1/8th steps counter-clockwise, speed: fast\r\n\n" );
    stepper7_set_direction ( &stepper7, STEPPER7_DIR_CCW );
    stepper7_set_step_mode ( &stepper7, STEPPER7_MODE_1_OVER_8_STEP );
    stepper7_drive_motor ( &stepper7, 800, STEPPER7_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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