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使用 TB67S261 和 STM32F031K6 实现可靠的步进电机控制

为您的机器增添动力

Multi Stepper Click - TB67S261 with Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

已发布 10月 01, 2024

点击板

Multi Stepper Click - TB67S261

开发板

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F031K6

升级您的运动控制系统,使用我们强大且高效的步进电机驱动器。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Multi Stepper Click 基于 TB67S261FTG,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。TB67S261FTG 集成了低导通电阻的 MOSFET 输出级,可以提供 1.4A 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,它支持全步、半步和四分之一步分辨率,这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。如产品描述所述,这款步进电机驱动器由 PHASE-in 控制。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控制信号,以控制设备的 PHASE-in。PCA9555A 还允许通过设置标有 ADDR SEL 的 SMD 跳线选择其 I2C 从设备地址的最低有效位

(LSB)到标有 0 和 1 的适当位置。除了 PHASE 信号外,四个 A/B 通道逻辑信号 INA1、INB1、INB2 和 INA2 也用于控制电机,调整所需的步进分辨率。mikroBUS™ 插座的 AN、CLK 和 EN 引脚控制前三个信号。INA2 信号允许通过将标有 JP5 的 SMD 跳线设置到标有 P6 或 INT 的适当位置来选择双重控制,是通过扩展器还是通过 mikroBUS™ 插座的 INT 引脚进行控制。如果 JP5 跳线选择 INT 位置,则 JP10 跳线需要未安装。此外,该 Click board™ 具有 Standby 功能,通过 mikroBUS™ 插座的 RST 引脚切换到 Standby 模式,通过将所有电机控制引脚设置为低逻辑状态。当 Standby 模式激活时,TB67S261FTG 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)。该 Click board™ 还有一个用于异常指示的额外 LED,但由于此版本的步进驱动器不支持

此功能,因此无法使用此指示器。电机 A/B 通道的电流输出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。Multi Stepper Click 支持 TB67S261FTG 的外部电源,可以连接到标有 VM 的输入端子,电压范围应在 10V 到 47V 之间,而步进电机线圈可以连接到标有 B+、B-、A- 和 A+ 的端子。该 Click board™ 可以通过 VCC SEL 跳线选择 3.3V 或 5V 逻辑电压级别操作。这种方式,3.3V 和 5V 兼容的 MCU 都可以正确使用通信线路。然而,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 - TB67S261 hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo 32开发板搭载STM32F031K6 MCU,提供了一种经济且灵活的平台,适用于使用32引脚封装的STM32微控制器进行实验。该开发板具有Arduino™ Nano连接性,便于通过专用扩展板进行功能扩展,并且支持mbed,使其能够无缝集成在线资源。板载集成

ST-LINK/V2-1调试器/编程器,支持通过USB重新枚举,提供三种接口:虚拟串口(Virtual Com port)、大容量存储和调试端口。该开发板的电源供应灵活,可通过USB VBUS或外部电源供电。此外,还配备了三个LED指示灯(LD1用于USB通信,LD2用于电源

指示,LD3为用户可控LED)和一个复位按钮。STM32 Nucleo-32开发板支持多种集成开发环境(IDEs),如IAR™、Keil®和基于GCC的IDE(如AC6 SW4STM32),使其成为开发人员的多功能工具。

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

32

RAM (字节)

4096

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-32是扩展您的开发板功能的理想选择,专为STM32 Nucleo-32引脚布局设计。Click Shield for Nucleo-32提供了两个mikroBUS™插座,可以添加来自我们不断增长的Click板™系列中的任何功能。从传感器和WiFi收发器到电机控制和音频放大器,我们应有尽有。Click Shield for Nucleo-32与STM32 Nucleo-32开发板兼容,为用户提供了一种经济且灵活的方式,使用任何STM32微控制器快速创建原型,并尝试各种性能、功耗和功能的组合。STM32 Nucleo-32开发板无需任何独立的探针,因为它集成了ST-LINK/V2-1调试器/编程器,并随附STM32全面的软件HAL库和各种打包的软件示例。这个开发平台为用户提供了一种简便且通用的方式,将STM32 Nucleo-32兼容开发板与他们喜欢的Click板™结合,应用于即将开展的项目中。

Click Shield for Nucleo-32 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 - TB67S261 accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

A-Channel Control 1
PA0
AN
Standby Control
PA11
RST
B-Channel Control 2
PA4
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
B-Channel Control 1
PA8
PWM
Interrupt / A-Channel Control 2
PA12
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB6
SCL
I2C Data
PB7
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Multi Stepper Click - TB67S261 Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-144 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-144 front image hardware assembly
Nucleo 144 with STM32L4A6ZG MCU front image hardware assembly
Stepper 22 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Stepper 22 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-32 with STM32 MCU 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
STM32 M4 Clicker HA MCU/Select 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 Multi Stepper Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • multisteppertb67s261_set_step_mode - 该函数在 ctx->step_mode 中设置步进模式分辨率设置。

  • multisteppertb67s261_drive_motor - 该函数以选定的速度驱动电机特定步数。

  • multisteppertb67s261_set_direction - 该函数在 ctx->direction 中设置电机方向为顺时针或逆时针。

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 MultiStepperTB67S261 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Multi Stepper TB67S261 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 "multisteppertb67s261.h"

static multisteppertb67s261_t multisteppertb67s261;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    multisteppertb67s261_cfg_t multisteppertb67s261_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.
    multisteppertb67s261_cfg_setup( &multisteppertb67s261_cfg );
    MULTISTEPPERTB67S261_MAP_MIKROBUS( multisteppertb67s261_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == multisteppertb67s261_init( &multisteppertb67s261, &multisteppertb67s261_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( MULTISTEPPERTB67S261_ERROR == multisteppertb67s261_default_cfg ( &multisteppertb67s261 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    multisteppertb67s261_set_direction ( &multisteppertb67s261, MULTISTEPPERTB67S261_DIR_CW );
    if ( MULTISTEPPERTB67S261_OK == multisteppertb67s261_drive_motor ( &multisteppertb67s261, 200, 
                                                                     MULTISTEPPERTB67S261_SPEED_FAST ) )
    {
        log_printf ( &logger, " Move 200 steps clockwise \r\n\n" );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
    }
    
    multisteppertb67s261_set_direction ( &multisteppertb67s261, MULTISTEPPERTB67S261_DIR_CCW );
    if ( MULTISTEPPERTB67S261_OK == multisteppertb67s261_drive_motor ( &multisteppertb67s261, 100,
                                                                     MULTISTEPPERTB67S261_SPEED_FAST ) )
    {
        log_printf ( &logger, " Move 100 steps counter-clockwise \r\n\n" );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

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

额外支持

资源

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