初学者
10 分钟

使用 DRV8426 和 STM32G431RB 确保步进电机的静音和平稳运动控制

触手可及的无缝运动控制!

Stepper 18 Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

Stepper 18 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

体验无缝运动控制,我们用户友好的集成电机驱动解决方案,专为双极步进电机而设计。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Stepper 18 Click基于Texas Instruments的DRV8426,这是一款集成的电机驱动解决方案,用于双极步进电机,具有集成电流感知、1/256微步进、STEP/DIR接口和智能调节技术。它通过集成两个N通道功率MOSFET H桥、电流感知电阻和调节电路以及微步进索引器,能够驱动高达1.5A的全量程输出电流。步进电机驱动器需要通过实施多种衰减模式来重新循环绕组电流,如慢衰减、混合衰减和快速衰减。DRV8426配备了智能调谐衰减模式,表示一种衰减机制,可自动调节以实现对电压、电机速度、变化和老化效应等的最佳电流调节性能。除了这种自动智能调谐外,DRV8426还提供了慢-混合和混合衰减等传统衰减模式。VREF引脚上的电压通过来自Microchip的12位数字模拟转换器MCP4726调节电流调节设定点。因此,数

字值被转换为与收到的12位数字成比例的适当电压水平(VCC)。MCP4726还集成了EEPROM,用于存储DAC寄存器和配置位值,并通过支持标准(100 kHz)、快速(400 kHz)和高速(3.4 MHz)I2C模式的I2C 2线接口与MCU通信。除了I2C通信外,Stepper 18 Click还使用几个GPIO引脚与MCU通信。一个简单的STEP/DIR接口,标记为STP和DIR并路由到mikroBUS™插座上的PWM和AN引脚,允许MCU管理步进电机的方向和步进速率。内部微步进索引器可以在不需要MCU处理绕组电流水平的情况下执行高精度微步进。通过板载SMD开关路由到M0和M1引脚,索引器可以实现全步进、半步进、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128和1/256微步进。此外,高微步进有助于显著降低听觉噪音并实现平滑运动。使能引

脚,标记为EN并路由到mikroBUS™插座上的CS引脚,优化功耗并用于电源开关。在这种状态下,包括接口引脚在内的所有电路都处于非活动状态,并且DRV8426以最小功耗形式存在。此外,还包括低功耗睡眠功能,通过mikroBUS™插座上的RST引脚与故障中断功能一起路由到INT引脚。睡眠模式使系统在不主动驱动电机时节省功率。该Click board™支持电机的外部电源供应,可连接到标记为VM的输入端子,其电压应在4.5V至33V范围内,而步进电机线圈可连接到标记为A1、B2、B1和A2的端子。此Click board™只能使用3.3V逻辑电压电平。在使用具有不同逻辑电平的MCU之前,板上必须执行适当的逻辑电压电平转换。此外,它配备了一个包含功能和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Stepper 18 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G431RB 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 STM32G431RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G431RB front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32k

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是一款多用途的5V直流步进电机,设计紧凑,非常适合各种应用。它具有四个相位,速度变化比为1/64,步距角为5.625°/64步,可以实现精确控制。该电机以100Hz的频率运行,在25°C时的直流电阻为50Ω ±7%。它具有大于600Hz的空载静态摩擦频率和超过1000Hz的空载动态摩擦频率,确保在不同场景下的可靠性。28BYJ-48在120Hz时具有自定位力矩和静态摩擦力矩均超过34.3mN.m的性能。其摩擦力矩范围从600到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 18 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Stepping Direction
PA15
AN
Sleep Mode
PC12
RST
Enable
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Step Rate
PC8
PWM
Fault Indicator
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Stepper 18 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 STM32G431RB 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
Nucleo-64 with STM32GXXX MCU Access MB 1 Micro 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 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

该库包含 Stepper 18 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • stepper18_set_out_voltage - 设置电压参考。

  • stepper18_set_dir - 设置方向。

  • stepper18_move_motor_angle - 按角度值移动电机。

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 Stepper18 Click example
 *
 * # Description
 * This example showcases the device's ability to control the motor.
 * It initializes the device for control and moves the motor in two 
 * directions in a variety of speeds for 360 degrees.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes UART and I2C communication modules, and additional  
 * pins for motor control, and set's default configuration
 *
 * ## Application Task
 * First it move motor clockwise for 360 degrees in medium speed. 
 * Then changes direction and moves motor for 180 degrees in slow speed,
 * and additional 180 degrees in fast speed.
 *
 * @note
 * Step resolution is changed by the switches[ M0, M1 ] on device.
 * Full step    :   M0=>0 ,     M1=>0
 * Half step    :   M0=>1 ,     M1=>0
 * Quarter step :   M0=>0 ,     M1=>1
 * 1/8 step     :   M0=>1 ,     M1=>1
 * 1/16 step    :   M0=>Hi-Z ,  M1=>1
 * 1/32 step    :   M0=>0 ,     M1=>Hi-Z
 * 1/64 step    :   M0=>Hi-Z ,  M1=>0
 * 1/128 step   :   M0=>Hi-Z ,  M1=>Hi-Z
 * 1/256 step   :   M0=>1 ,     M1=>0
 *
 * @author Luka Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "stepper18.h"

static stepper18_t stepper18;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stepper18_cfg_t stepper18_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.
    stepper18_cfg_setup( &stepper18_cfg );
    STEPPER18_MAP_MIKROBUS( stepper18_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = stepper18_init( &stepper18, &stepper18_cfg );
    if ( init_flag == I2C_MASTER_ERROR ) 
    {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );
        for ( ; ; );
    }

    stepper18_default_cfg ( &stepper18 );
    log_info( &logger, " Application Task " );
    stepper18_set_dir( &stepper18, 0 );
}

void application_task ( void ) 
{
    static uint8_t direction = 0;
    log_printf( &logger, "> Move 360deg in CW direction.\r\n" );
    stepper18_move_motor_angle( &stepper18, 360, STEPPER18_STEP_RES_FULL, STEPPER18_SPEED_MEDIUM );
    direction = !direction;
    stepper18_set_dir( &stepper18, direction );
    Delay_ms ( 500 );
    log_printf( &logger, "> Move 180deg in CCW direction.\r\n" );
    stepper18_move_motor_angle( &stepper18, 180, STEPPER18_STEP_RES_FULL, STEPPER18_SPEED_SLOW );
    Delay_ms ( 1000 );
    log_printf( &logger, "> Move 180deg in CCW direcion.\r\n" );
    stepper18_move_motor_angle( &stepper18, 180, STEPPER18_STEP_RES_FULL, STEPPER18_SPEED_FAST );
    direction = !direction;
    stepper18_set_dir( &stepper18, direction );
    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

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