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20 分钟

使用TC78H670FTG和STM32F446RE控制两相双极步进电机的运动

采用PWM斩波技术控制的两相双极步进电机驱动器

Stepper 8 Click with Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Stepper 8 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F446RE

这是开发者提升便携和紧凑设备功能和性能的绝佳选择,这些设备需要精确的运动控制。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Stepper 8 Click 基于 Toshiba 的 TC78H670FTG,这是一款时钟输入和串行控制的双极步进电机驱动器。它可以与双极步进电机一起使用;线圈应连接到板载螺丝端子上。用于连接步进电机线圈的有两个端子。第三个连接器用于连接外部电压,范围从 2.5V 到 16V,具体取决于所用电机的电压要求和 2A 的电流。根据环境温度和板子条件,最大输出电流可能由于热量考虑而进一步限制。需要注意的是,如果没有有效的外部电压连接到这个端子,电机将无法工作。Stepper 8 Click 可以在全步、半步、四分之一步、1/8 步、1/16 步、1/32 步、1/64 步和 1/128 步操作模式下运行双极步进电机。得益于内部安全功能,例如热关断

(TSD)、过流(ISD)、电机负载开路(OPD)和欠压锁定(UVLO),该 Click 板™ 非常适合快速开发各种步进电机应用。TC78H670FTG 集成驱动器提供了一个简单的接口,具有一组用于控制步进电机功能的引脚。由于引脚数量超过了可用的 mikroBUS™ 通用引脚,因此使用了一个额外的端口扩展 IC,提供了一个 2 线 I2C 接口用于与主 MCU 通信。端口扩展 IC 是 PCA9538,一个带 I2C 接口的 8 位端口扩展器。MODE0-3 引脚可以选择串行模式或 CLK-IN 模式。控制模式通过释放待机模式后 MODE0-3 引脚的输入状态设置。在串行模式下,它使用 mikroBUS™ 上的 SPI 以 32 位格式执行设置和电机控制。对于电机控

制,每个电流值在串行设置中设置,并在 LATCH 信号的定时时间将输出更新为设置的电流值。为了在 mikroBUS™ 上允许串行模式或 CLK-IN 模式,使用了 Toshiba 的 TC7WH157 双通道多路复用器。选择通过使用 I2C 通信与 PCA9538 端口扩展器和改变多路复用器上的 SELECT 引脚状态来完成。此 Click 板™ 可以通过 VCC SEL 跳线选择使用 3.3V 或 5V 逻辑电压电平。这使得 3.3V 和 5V 兼容的 MCU 都能正确使用通信线。此外,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 8 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F446RE 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 STM32F446RE MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

131072

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。它具有四相结构,速度变化比为 1/64,步距角为 5.625°/64 步,可实现精确控制。该电机以 100Hz 的频率运行,在 25°C 时的直流电阻为 50Ω ±7%。其空载拉入频率超过 600Hz,空载拉出频率超过 1000Hz,确保在不同场景中的可靠性。28BYJ-48 的自定位转矩和拉入转矩均超过 34.3mN.m(在 120Hz 时),提供了强大的性能。其摩擦转矩范围为 600 至 1200 gf.cm,拉入转矩为 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。

Stepper 8 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Step Mode Selection Pin 3
PC0
AN
Step Mode Selection Pin 0
PC12
RST
Step Mode Selection Pin 1
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
NC
NC
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Step Mode Selection Pin 2
PC8
PWM
Chip Enable / Error Detection
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 8 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 STM32F446RE 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 8 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • stepper8_set_direction - 此功能通过设置 DIR 引脚的逻辑状态来设置电机方向

  • stepper8_set_step_mode - 此功能设置步进模式分辨率设置

  • stepper8_drive_motor - 此功能以选定的速度驱动电机运行指定的步数

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 8 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Stepper 8 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 400 quarter 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 "stepper8.h"

static stepper8_t stepper8;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stepper8_cfg_t stepper8_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.
    stepper8_cfg_setup( &stepper8_cfg );
    STEPPER8_MAP_MIKROBUS( stepper8_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = stepper8_init( &stepper8, &stepper8_cfg );
    if ( ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) || ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( STEPPER8_ERROR == stepper8_default_cfg ( &stepper8 ) )
    {
        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" );
    stepper8_set_direction ( &stepper8, STEPPER8_DIR_CW );
    stepper8_set_step_mode ( &stepper8, STEPPER8_MODE_FULL_STEP );
    stepper8_drive_motor ( &stepper8, 200, STEPPER8_SPEED_SLOW );
    Delay_ms ( 2000 );

    log_printf ( &logger, " Move 200 half steps counter-clockwise, speed: medium\r\n\n" );
    stepper8_set_direction ( &stepper8, STEPPER8_DIR_CCW );
    stepper8_set_step_mode ( &stepper8, STEPPER8_MODE_HALF_STEP );
    stepper8_drive_motor ( &stepper8, 200, STEPPER8_SPEED_MEDIUM );
    Delay_ms ( 2000 );

    log_printf ( &logger, " Move 400 quarter steps counter-clockwise, speed: fast\r\n\n" );
    stepper8_set_direction ( &stepper8, STEPPER8_DIR_CCW );
    stepper8_set_step_mode ( &stepper8, STEPPER8_MODE_QUARTER_STEP );
    stepper8_drive_motor ( &stepper8, 400, STEPPER8_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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