通过先进的微步进和自适应电流管理,实现步进电机和直流电机的精确运动控制
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硬件概览
它是如何工作的?
Stepper 22 Click基于德州仪器(Texas Instruments)的DRV8711双极步进电机栅极驱动器,专为精确运动控制设计。它使用外部N沟道MOSFET(具体来说是来自德州仪器的四个双N沟道功率MOSFET,CSD87502Q2)来高效驱动双极步进电机,或驱动连接到A-B端子的两个有刷直流电机,支持最大输出电流高达5A。该板需要外部8V至30V的电源供应,通过INPUT连接器提供电力。DRV8711集成的微步进索引器支持从全步到1/256步的多种步进模式,确保平稳且精确的电机控制。此外,自适应消隐时间和多种电流衰减模式(包括自动混合衰减模式)使运动更加平滑流畅。此Click板™非常适合应用于办公自动化设备、工厂自动化、机器人技术等领域。
Stepper 22 Click使用标准的4线SPI串行接口来编程设备操作并与主MCU通信。通过一个简单的STEP/DIR接口来控制步进电机,外部控制器可以决定电机的步进方向和速度。微步进分辨率范围从全步到1/256步,可通过mikroBUS™插座上的STP引脚进行选择。DRV8711的所有其他功能可以通过板载的I2C可配置GPIO扩展器PCA9538A进行管理。PCA9538A可控制如B桥控制、电机步进方向、低功耗休眠模式,以及步进驱动IC的复位功能。此外,输出电流(扭矩)、步进模式、衰减模式和失速检测都可以通过SPI串行接口进行编程。PCA9538A还允许通过调整标记为ADDR SEL的SMD跳线选择其I2C地址的最低有效位(LSB),选择位置为0或1。
mikroBUS™插座上的RST引脚允许重置扩展器,而INT引脚可用于路由各种状态信号,如通过mikroBUS™插座上的EMF引脚报告的反电动势输出和故障情况,包括过流、短路、欠压锁定和过温。此外,两个标记为FAULT和STALL的红色LED可以直观地指示电机失速和故障状态。此Click板™可以在3.3V或5V逻辑电平下运行,可通过VCC SEL跳线进行选择。这样,支持3.3V和5V逻辑电平的MCU都可以正确使用通信线路。此外,该Click板™还配备了包含易于使用的函数和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。
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。
微控制器概述
MCU卡片 / MCU

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™。
17HD40005-22B 步进电机是一款双相混合电机,具有高扭矩、高速度和低噪音性能。它配有一根 1 米长的电线,连接端有可选端口,并带有热缩管以防止缠绕。电机的 D 形轴长为 22mm。该电机采用斩波波恒流驱动,具有双相 4 线激励模式,可实现正反转。电源顺序按照 AB-BC-CD-DA 顺序排列,从轴端看为顺时针方向。其额定电流为 1.3A DC,额定电压为 2.4V,步进角为 1.8°,绝缘等级为 B。此步进电机非常适用于需要精确运动控制和可靠性的应用。

使用的MCU引脚
mikroBUS™映射器
“仔细看看!”
Click board™ 原理图

一步一步来
项目组装
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 22 Click 驱动程序的 API。
关键功能:
stepper22_set_direction
- 此函数通过设置DIR引脚的逻辑状态来设定电机的旋转方向。stepper22_set_step_mode
- 此函数设置步进模式的分辨率设置。stepper22_drive_motor
- 此函数以选定的速度驱动电机进行指定数量的步进。
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 22 Click example
*
* # Description
* This example demonstrates the use of the Stepper 22 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 a 1 second 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 "stepper22.h"
static stepper22_t stepper22;
static log_t logger;
void application_init ( void )
{
log_cfg_t log_cfg; /**< Logger config object. */
stepper22_cfg_t stepper22_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.
stepper22_cfg_setup( &stepper22_cfg );
STEPPER22_MAP_MIKROBUS( stepper22_cfg, MIKROBUS_1 );
err_t init_flag = stepper22_init( &stepper22, &stepper22_cfg );
if ( ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) || ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag ) )
{
log_error( &logger, " Communication init." );
for ( ; ; );
}
if ( STEPPER22_ERROR == stepper22_default_cfg ( &stepper22 ) )
{
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" );
stepper22_set_direction ( &stepper22, STEPPER22_DIR_CW );
stepper22_set_step_mode ( &stepper22, STEPPER22_MODE_FULL_STEP );
stepper22_drive_motor ( &stepper22, 200, STEPPER22_SPEED_SLOW );
Delay_ms ( 1000 );
log_printf ( &logger, " Move 200 half steps counter-clockwise, speed: medium\r\n\n" );
stepper22_set_direction ( &stepper22, STEPPER22_DIR_CCW );
stepper22_set_step_mode ( &stepper22, STEPPER22_MODE_HALF_STEP );
stepper22_drive_motor ( &stepper22, 200, STEPPER22_SPEED_MEDIUM );
Delay_ms ( 1000 );
log_printf ( &logger, " Move 400 quarter steps counter-clockwise, speed: fast\r\n\n" );
stepper22_set_direction ( &stepper22, STEPPER22_DIR_CCW );
stepper22_set_step_mode ( &stepper22, STEPPER22_MODE_QUARTER_STEP );
stepper22_drive_motor ( &stepper22, 400, STEPPER22_SPEED_FAST );
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