初学者
10 分钟

使用ULN2003A和STM32F031K6驱动单极步进电机

适用于需要精确控制步进电机的项目,例如自动化机械、机器人和精密定位系统

Stepper 3 Click with Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

已发布 10月 01, 2024

点击板

Stepper 3 Click

开发板

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F031K6

高压、高电流达林顿晶体管阵列旨在通过激活其七个高功率达林顿输出级之一,控制电流从供电电压通过电机线圈流过。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Stepper 3 Click基于德州仪器的ULN2003A,这是一款高压、高电流达林顿晶体管阵列。电机的步进进程是通过交替激活驱动器来完成的,该驱动器通过连接到相应驱动器的线圈中的电流。 MCU执行变换周期,控制驱动器输入:输入引脚上的高逻辑电平将相应的驱动器设置为低逻辑电平,从而允许它吸收电流。除了驱动单极步进电机作为主要功能外,这个Click board™还可以用于驱动继电器和刷式直

流电机,或作为各种应用的逻辑缓冲器。组合多个驱动器可以吸收超过500mA的电流。 Stepper 3 Click使用四个GPIO来允许主机MCU控制步进电机或其他提到的设备。这些引脚标记为INA、INB、INC和IND。ULN2203A的四个输出通道和电机电源被引出到未焊接的5针头。电机可以通过mikroBUSTM插座的5V电源或外部电源端子供电,电压范围为5-30V。可以通过MOTOR PWR跳线进行选择。此外,

ULN2003A的输出通道还被引出到四个输出LED(outA、outB、outC和outD)以进行可视化呈现。该Click board™只能使用5V逻辑电压级别进行操作。在使用不同逻辑电平的MCU之前,该板必须执行适当的逻辑电压级别转换。此外,它配备了一个包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Stepper 3 Click 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是一款适用于各种应用的可调节5V直流步进电机,具有紧凑的设计。它有四个相位,速度变换比为1/64,步距角为5.625°/64步,可实现精确控制。该电机在100Hz的频率下运转,25°C时的直流电阻为50Ω±7%。它的空载牵引频率大于600Hz,空载放电频率超过1000Hz,确保在不同场景下的可靠性。28BYJ-48在120Hz时的自定位力矩和牵引力矩均超过34.3mN.m,提供了强劲的性能。其摩擦力矩范围为600到1200 gf.cm,而拉力矩为300 gf.cm。这款电机是您步进电机需求的可靠高效选择。

Stepper 3 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Channel A Control Input
PA0
AN
Channel B Control Input
PA11
RST
Channel C Control Input
PA4
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
NC
NC
3.3V
Ground
GND
GND
Channel D Control Input
PA8
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 3 Click 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

这个库包含了 Stepper 3 Click 驱动程序的 API。

关键函数:

  • stepper3_set_step_mode - 该函数设置 ctx->step_mode 中的步进模式分辨率设置。

  • stepper3_set_direction - 该函数将电机方向设置为顺时针或逆时针,存储在 ctx->direction 中。

  • stepper3_drive_motor - 该函数以选定的速度驱动电机执行特定数量的步进。

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 3 Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Stepper 3 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 logger.
 *
 * ## Application Task
 * Drives the motor clockwise for 64 full steps and then counter-clockiwse for 128 half
 * 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.
 *
 * @note
 * Step Motor 5v [MIKROE-1530] is a fully compatible stepper motor for this click board:
 * https://www.mikroe.com/step-motor-5v
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "stepper3.h"

static stepper3_t stepper3;   /**< Stepper 3 Click driver object. */
static log_t logger;    /**< Logger object. */

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stepper3_cfg_t stepper3_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.
    stepper3_cfg_setup( &stepper3_cfg );
    STEPPER3_MAP_MIKROBUS( stepper3_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( DIGITAL_OUT_UNSUPPORTED_PIN == stepper3_init( &stepper3, &stepper3_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    log_printf ( &logger, " Move 64 full steps clockwise \r\n\n" );
    stepper3_set_step_mode ( &stepper3, STEPPER3_MODE_FULL_STEP );
    stepper3_set_direction ( &stepper3, STEPPER3_DIR_CW );
    stepper3_drive_motor ( &stepper3, 64, STEPPER3_SPEED_FAST );
    Delay_ms ( 2000 );

    log_printf ( &logger, " Move 128 half steps counter-clockwise \r\n\n" );
    stepper3_set_step_mode ( &stepper3, STEPPER3_MODE_HALF_STEP );
    stepper3_set_direction ( &stepper3, STEPPER3_DIR_CCW );
    stepper3_drive_motor ( &stepper3, 128, STEPPER3_SPEED_VERY_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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