初学者
10 分钟

使用 TB67S109 和 STM32F410RB 体验运动控制系统的范式转变

每一步都至关重要:终极双极步进电机驱动器

Multi Stepper Click - TB67S109 with Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Multi Stepper Click - TB67S109

开发板

Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F410RB

我们驱动器的核心目的是成为自动化创新的催化剂,确保您的办公自动化和工业项目达到最高的精度标准。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Multi Stepper Click 基于 TB67S109AFTG,这是一款来自东芝半导体的使用 PWM 切断器(由外部电阻 R2 和电容 C1 定制)的两相双极步进电机驱动器。TB67S109AFTG 配备内置时钟解码器(CLOCK-in 控制),这意味着每次 CLK 信号的上升沿连接到 mikroBUS™ 插座的 PWM 引脚时,电机会移动一个电角度。它还集成了低导通电阻的 MOSFET 输出级,可以提供 2.8A 电流,电机输出电压额定值为 47V,并具有过电流和过温检测等集成保护机制。此外,它支持从全步到 1/32 步的分辨率,有助于显著降低电机噪声,实现更平滑的操作和更精确的控制。如前所述,TB67S109AFTG 通过其控制信号支持各种步进分辨率配置。这些控制信号是通过 PCA9555A 端口扩展器提供的,该

扩展器通过 I2C 串行接口与 MCU 通信。该 Click board™ 还允许在标有 P1 和 P2 的 J1 接口引脚上连接外部步进分辨率控制信号,以控制设备的 DMODE1 和 DMODE2。PCA9555A 还允许通过设置标有 ADDR SEL 的 SMD 跳线选择其 I2C 地址的最低有效位(LSB)到标有 0 和 1 的适当位置。输出通道的电流值可以通过板载电位器 VR1 手动设置,该电位器将参考电压设置为 0V 到 3.3V。JP4 跳线的默认配置是 VREF 位置,通过 VR1 电位器设置两个通道的输出电流。在这种情况下,请避免将 JP4 跳线设置为 P4 位置,因为 VREFA 引脚需要模拟信号进行设置。此外,当所有三个步进分辨率控制信号处于低逻辑状态时,该 Click board™ 具有 Standby 功能,用于通过将所

有电机控制引脚设置为低逻辑状态切换到 Standby 模式。当 Standby 模式激活时,TB67S109AFTG 会停止为内部振荡电路和电机输出部分供电(无法执行电机驱动)。除了 I2C 通信外,还使用了几个连接到 mikroBUS™ 插座的 GPIO 引脚。标有 EN 并连接到 mikroBUS™ 插座 CS 引脚的 Enable 引脚优化了用于电源开/关目的的功耗。一个简单的旋转方向功能连接到 mikroBUS™ 插座的 AN 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 引脚则通过内部计数器初始化电角以设置初始位置。此外,该 Click board™ 配备了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。

Multi Stepper Click - TB67S109 hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F410RB 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 STM32C031C6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32768

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。电机以 100Hz 的频率运行,在 25°C 时的直流电阻为 50Ω ±7%。其空载牵引频率大于 600Hz,空载出牵引频率超过 1000Hz,确保在不同场景下的可靠性。28BYJ-48 在 120Hz 时的自定位扭矩和牵引扭矩均超过 34.3mN.m,表现出色。其摩擦扭矩范围为 600 到 1200 gf.cm,而拉入扭矩为 300 gf.cm。这款电机是满足您步进电机需求的可靠且高效的选择。

Multi Stepper Click - TB67S109 accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Rotation Direction
PC0
AN
Reset
PC12
RST
Enable
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Clock Signal
PC8
PWM
Interrupt
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Multi Stepper Click - TB67S109 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 STM32F410RB 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

通过调试模式的应用程序输出

1. 一旦代码示例加载完成,按下 "DEBUG" 按钮将启动构建过程,并将其编程到创建的设置上,然后进入调试模式。

2. 编程完成后,IDE 中将出现一个带有各种操作按钮的标题。点击绿色的 "PLAY" 按钮开始读取通过 Click board™ 获得的结果。获得的结果将在 "Application Output" 标签中显示。

DEBUG_Application_Output

软件支持

库描述

该库包含 Multi Stepper Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • multisteppertb67s109_set_step_mode - 该函数设置步进模式分辨率设置。

  • multisteppertb67s109_drive_motor - 该函数以选定的速度驱动电机特定步数。

  • multisteppertb67s109_set_direction - 该函数通过设置AN引脚逻辑状态来设置电机方向。

开源

代码示例

这个示例可以在 NECTO Studio 中找到。欢迎下载代码,或者您也可以复制下面的代码。

/*!
 * @file main.c
 * @brief MultiStepperTB67S109 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Multi Stepper TB67S109 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-clockiwse for 100 steps with
 * 2 seconds delay before changing the direction.
 * Each step will be logged on the USB UART where you can track the program flow.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "multisteppertb67s109.h"

static multisteppertb67s109_t multisteppertb67s109;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    multisteppertb67s109_cfg_t multisteppertb67s109_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.
    multisteppertb67s109_cfg_setup( &multisteppertb67s109_cfg );
    MULTISTEPPERTB67S109_MAP_MIKROBUS( multisteppertb67s109_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == multisteppertb67s109_init( &multisteppertb67s109, &multisteppertb67s109_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( MULTISTEPPERTB67S109_ERROR == multisteppertb67s109_default_cfg ( &multisteppertb67s109 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    log_printf ( &logger, " Move 200 steps clockwise \r\n\n" );
    multisteppertb67s109_set_direction ( &multisteppertb67s109, MULTISTEPPERTB67S109_DIR_CW );
    multisteppertb67s109_drive_motor ( &multisteppertb67s109, 200, MULTISTEPPERTB67S109_SPEED_FAST );
    Delay_ms ( 2000 );
    
    log_printf ( &logger, " Move 100 steps counter-clockwise \r\n\n" );
    multisteppertb67s109_set_direction ( &multisteppertb67s109, MULTISTEPPERTB67S109_DIR_CCW );
    multisteppertb67s109_drive_motor ( &multisteppertb67s109, 100, MULTISTEPPERTB67S109_SPEED_FAST );
    Delay_ms ( 2000 );
}

void main ( void ) 
{
    application_init( );

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

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

额外支持

资源

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