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使用 TB67S549FTG 和 STM32G071RB 轻松驱动双极步进电机

平稳的电机驱动操作

Stepper 12 Click with Nucleo 64 with STM32G071RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Stepper 12 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G071RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G071RB

使用脉冲信号实现精确的旋转角度和速度控制

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Stepper 12 Click基于TB67S549FTG,这是一款双相双极步进电机驱动器,设计用于控制一个双极步进电机,由于Toshiba Semiconductor内置的先进电流检测系统(ACDS)的内置功能,因此无需电阻式电流感测。 TB67S549FTG采用低导通电阻的DMOS FET,可提供最大1.5A的电流,电机输出电压额定值为40V,并集成了过流、过温和欠压锁定等保护机制以进行错误检测(LO LED指示灯)。它支持全步到1/32步的分辨率,以减少电机噪音并实现更平滑的控制,具有内置的先进动态混合衰减(ADMD)功能,有助于稳定电流波形。由于TB67S549FTG支持的步骤很多,因此可以通过更平滑的操作和更精确的控制显着减少电机噪音。它适用于各种应用,如办公自动化以及商业和工业设备。 PWM恒流模式中的电流值由MCP1501获得的参考电压设置。此外,TB67S549FTG的电流阈值点,以及MCP1501,都可以使用标记为VR的板载调

节器手动设置。除了I2C通信外,连接到mikroBUS™插座引脚的几个GPIO引脚还用于将信息转发到与PCA9555A端口扩展器相关的MCU。 PCA9555A还允许通过将标记为ADDR SEL的SMD跳线器定位到适当的位置(标记为0和1)来选择其I2C从机地址的最低有效位(LSB),并将其中断功能路由到mikroBUS™插座的INT引脚。 CLK时钟信号,路由到mikroBUS™插座的PWM引脚,使每个上升沿都可以移动电机的当前步骤和电气角度,而使能引脚,标记为EN并路由到mikroBUS™插座的CS引脚,则控制输出A和B步进电机驱动通道的状态。正常的恒流控制是通过打开电机驱动器(高电平)来开始的,而通过设置电机驱动器关闭,输出变为高阻抗,因为MOSFET被设置为关闭(低电平)。此外,可以使用睡眠功能停止所有电路,从而启用节能模式。路由到mikroBUS™插座的AN引脚的简单DIR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引脚初始化内部计数器中的电气角度以设置初始位置。通过标记为MO的板载橙色LED指示实现初始位置。此Click板™的一个特点是多功能开关,允许用户通过选择特定开关来设置适当的功能,例如1 - 睡眠模式激活;2, 3 - 电机扭矩设置;5 - 衰减控制;6, 7, 8 - 步分辨率设置。除了通过物理方式设置这些功能外,用户还可以通过I2C接口以数字方式选择它们。Stepper 12 Click支持TB67S549FTG的外部电源,可连接到标记为VM的输入端子,应在4.5V至34V的范围内,而步进电机线圈可以连接到标记为B+、B-、A-和A+的端子。此Click板™可以使用通过VCC SEL跳线选择的3.3V或5V逻辑电压电平操作。这样,既可以使用3.3V又可以使用5V的MCU正确使用通信线。然而,此Click板配备了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 12 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G071RB 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 STM32G071RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

36864

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适应性强的5VDC步进电机,具有紧凑的设计。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。电机以100Hz的频率运行,在25°C时的DC电阻为50Ω ±7%。它具有大于600Hz的空载吸合频率和超过1000Hz的空载分离频率,确保在不同场景下的可靠性。28BYJ-48在120Hz时的自定位力和吸合力都超过34.3mN.m,具有强大的性能。其摩擦力矩范围为600至1200 gf.cm,而吸合力矩为300 gf.cm。这款电机是您步进电机需求的可靠高效选择。

Stepper 12 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Rotation Direction
PC0
AN
Electrical Angle Intilizing
PC12
RST
Enable
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Step Clock
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

Stepper 12 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 STM32G071RB 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

该库包含 Stepper 12 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • stepper12_set_direction - 该函数通过设置DIR引脚的逻辑状态来设置电机方向。

  • stepper12_drive_motor - 该函数以选定的速度驱动电机执行特定数量的步骤。

  • stepper12_set_step_mode - 该函数设置步进模式的分辨率设置。

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 12 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Stepper 12 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 "stepper12.h"

static stepper12_t stepper12;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stepper12_cfg_t stepper12_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.
    stepper12_cfg_setup( &stepper12_cfg );
    STEPPER12_MAP_MIKROBUS( stepper12_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == stepper12_init( &stepper12, &stepper12_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( STEPPER12_ERROR == stepper12_default_cfg ( &stepper12 ) )
    {
        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" );
    stepper12_set_step_mode ( &stepper12, STEPPER12_MODE_FULL_STEP );
    stepper12_set_direction ( &stepper12, STEPPER12_DIR_CW );
    stepper12_drive_motor ( &stepper12, 200, STEPPER12_SPEED_FAST );
    Delay_ms ( 2000 );
    
    log_printf ( &logger, " Move 400 quarter steps counter-clockwise \r\n\n" );
    stepper12_set_step_mode ( &stepper12, STEPPER12_MODE_QUARTER_STEP );
    stepper12_set_direction ( &stepper12, STEPPER12_DIR_CCW );
    stepper12_drive_motor ( &stepper12, 400, STEPPER12_SPEED_FAST );
    Delay_ms ( 2000 );
}

void main ( void ) 
{
    application_init( );

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

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

额外支持

资源

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