初学者
10 分钟

使用A3967和STM32G474RE使控制双极步进电机更轻松、更高效

适用于办公自动化、小型步进电机以及商业和工业设备的理想解决方案

STEPPER Click with Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

STEPPER Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G474RE

使用来自您的宿主 MCU 的简单步进控制输入,控制双极步进电机的双向运动。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Stepper Click 基于 Allegro Microsystems 的 A3967,这是一个带有翻译器的微步进驱动器。这款高度集成的 IC 通过集成的翻译器部分提供了一个简单的双极步进电机控制界面。该部分控制输出驱动器,确保步进电机的平稳运行。通过控制整个旋转周期的电流强度,实现每个位置的恒定扭矩。电流调节器使用内部比较器、DA 转换器和外部感测电阻。感测电阻的值决定了操作期间的最大电流,当使用 5V 时限制为 568mA,当使用 3.3V 作为参考电压时限制为 350mA。Stepper Click 的附加功能包括欠压、穿透和热保护,因此 Click board™ 可以可靠地运行。其输 入电压范围高达 25V,可以驱动最大电流达 750mA

 的各种步进电机。Click board™ 提供了为驱动电机选择电源的选项:一种是将外部电压路由到输入连接器,另一种是来自 mikroBUS™ 的 5V 电源轨。使用外部连接器时,外部电源的电压应保持在 25V 以下。通过移动标有 MOTOR PWR 的跳线,可以在外部电源和来自 mikroBUS™ 的 5V 轨之间进行选择。步进电机可以通过可断开的压接式 XH 连接器连接,其间距为 2.5mm,通常在许多小尺寸步进电机上找到。这个头部是可选的,如果需要使用其他类型的头部或连接器,可以不焊接。Stepper Click 使用 GPIO 引脚与宿主 MCU 通信。STP 引脚上的低到高跳变将执行一个旋转步骤。DIR 引脚上的逻辑状态控制旋转方向。

步长由两个引脚 MS1 和 MS2 决定。可以使用全步(使用两个相位)、半步、四分之一步和八分之一步。标有 EN 的 SMD 跳线可以用来将 IC 的 #EN 引脚路由到 mikroBUS™ 的 EN 引脚。这允许宿主 MCU 打开或关闭 A3967。默认情况下,此跳线将 #EN 引脚直接路由到 GND,永久启用 IC。这款 Click board™ 可以通过 I/O LEVEL 跳线选择使用 3.3V 或 5V 的逻辑电压水平,这样 3.3V 和 5V 能力的 MCU 都可以正确使用通信线路。此外,这款 Click board™ 配备了一个包含易于使用的功能和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

STEPPER Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G474R 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 STM32G474RE MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G474RE front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

128k

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,适用于多种应用。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。该电机的工作频率为 100Hz,并且在 25°C 时的直流电阻为 50Ω ±7%。它拥有超过 600Hz 的空载吸入频率和超过 1000Hz 的空载脱出频率,确保在不同场景下的可靠性。在 120Hz 时,自定位扭矩和吸入扭矩均超过 34.3mN.m,28BYJ-48 提供了强劲的性能。其摩擦扭矩范围为 600 到 1200 gf.cm,而拉入扭矩为 300 gf.cm。这款电机是您步进电机需求的可靠且高效的选择。

STEPPER Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Microstep Control 1
PA15
AN
Microstep Control 2
PC12
RST
Direction Control
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Step Input
PC8
PWM
Driver Enable
PC14
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 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 STM32G474RE MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product8 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
NECTO Compiler Selection Step Image 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

此库包含 STEPPER Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • stepper_set_step_mode - 此功能设置步进模式分辨率。

  • stepper_set_direction - 此功能通过设置 DIR 引脚的逻辑状态来设定电机的旋转方向。

  • stepper_drive_motor - 此功能根据选择的速度驱动电机特定的步数。

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 Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Stepper 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 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 "stepper.h"

static stepper_t stepper;   /**< Stepper Click driver object. */
static log_t logger;    /**< Logger object. */

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stepper_cfg_t stepper_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.
    stepper_cfg_setup( &stepper_cfg );
    STEPPER_MAP_MIKROBUS( stepper_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( DIGITAL_OUT_UNSUPPORTED_PIN == stepper_init( &stepper, &stepper_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }

    stepper_default_cfg ( &stepper );
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    log_printf ( &logger, " Move 64 full steps clockwise \r\n\n" );
    stepper_set_step_mode ( &stepper, STEPPER_MODE_FULL_STEP );
    stepper_set_direction ( &stepper, STEPPER_DIR_CW );
    stepper_drive_motor ( &stepper, 64, STEPPER_SPEED_FAST );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );

    log_printf ( &logger, " Move 128 half steps counter-clockwise \r\n\n" );
    stepper_set_step_mode ( &stepper, STEPPER_MODE_HALF_STEP );
    stepper_set_direction ( &stepper, STEPPER_DIR_CCW );
    stepper_drive_motor ( &stepper, 128, STEPPER_SPEED_VERY_FAST );
    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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