初学者
10 分钟

使用DRV8847和STM32G474RE控制双极步进电机的动作

适用于单个或双个有刷直流电机、一个双极步进电机或电磁铁负载

Stepper 14 Click with Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

Stepper 14 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G474RE

通过 H 桥配置控制步进电机在全步、半步、四分之一步和八分之一步模式下的操作。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Stepper 14 Click 基于德州仪器的 DRV8847,这是一款双全桥电机驱动器。该 IC 的内部结构是对称的,具有两个 MOSFET H 桥,用于双极步进电机的两个线圈的双向驱动。DRV8847 使用宽输入电压范围 - 从 2.7V 到 18V。这是用于给电机线圈通电的电压。跳线 (JP4) 用于选择是否使用外部电源或从 mikroBUS™ +3.3V 或 +5V 轨获取电源。DRV8847 具有两个 PHASE 输入,这些输入控制电流通过 H 桥的方向,从而控制电机线圈的方向。通过切换 MS1 和 MS2 引脚的状态,还可以控制步进电机在全步和半步模式下运行。双极步进电机线圈可以连接到板载螺丝端子上。用于连接步进电机线圈的有两个端子。第三个连接器连

接一个外部电压,范围从 2.7V 到 18V,具体取决于所用电机的电压要求。需要注意的是,如果没有有效的外部电压连接到这个端子,电机将无法工作。此外,还需要注意的是 20V 是允许的绝对最大电压。因此,当驱动较重负载时,可能会激活过温保护。建议的最大电压不应超过 18V,如 PCB 丝印层上所述。所有 DRV8847 控制线都连接到 Stepper 14 板上的第二个 IC,即 PCA9538A,这是一款众所周知的 8 位 I/O 扩展器,具有串行接口,因其简单性和可靠性而在 MikroElektronika 的许多设计中使用。它允许通过 I2C 驱动 DRV8847 IC 的控制线,并减少 Stepper 14 Click 所需的引脚数量。这也允许发送紧凑的 I2C 消息,而不

是一次切换多个引脚 - 这有时会引入时间问题,特别是当这些引脚属于不同的 MCU 端口时。通过改变六个控制引脚的状态,可以在全步和半步模式下驱动步进电机。电机电源可以连接到标有 VIN 的输入端子,电压应在 2.7V 至 18V 范围内。步进电机线圈可以连接到 A1、B2、B1 和 A2 端子。Click 板™ 支持电机的可选外部电源。此 Click 板™ 可以通过 VCC SEL 跳线选择使用 3.3V 或 5V 逻辑电压电平。这使得 3.3V 和 5V 兼容的 MCU 都能正确使用通信线。此外,此 Click 板™ 配备了一个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。

Stepper 14 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,适用于各种应用。它具有四相结构,速度变化比为 1/64,步距角为 5.625°/64 步,可实现精确控制。该电机以 100Hz 的频率运行,在 25°C 时的直流电阻为 50Ω ±7%。其空载拉入频率超过 600Hz,空载拉出频率超过 1000Hz,确保在不同场景中的可靠性。28BYJ-48 的自定位转矩和拉入转矩均超过 34.3mN.m(在 120Hz 时),提供了强大的性能。其摩擦转矩范围为 600 至 1200 gf.cm,拉入转矩为 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。

Stepper 14 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset
PC12
RST
Chip Enable
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Fault Interrupt
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Stepper 14 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
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

通过调试模式的应用程序输出

1. 一旦代码示例加载完成,按下 "DEBUG" 按钮将启动构建过程,并将其编程到创建的设置上,然后进入调试模式。

2. 编程完成后,IDE 中将出现一个带有各种操作按钮的标题。点击绿色的 "PLAY" 按钮开始读取通过 Click board™ 获得的结果。获得的结果将在 "Application Output" 标签中显示。

DEBUG_Application_Output

软件支持

库描述

该库包含 Stepper 14 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • stepper14_set_direction - 此功能将电机方向设置为顺时针或逆时针,并保存在 ctx->direction 中

  • stepper14_set_step_mode - 此功能设置步进模式分辨率,并保存在 ctx->step_mode 中

  • stepper14_drive_motor - 此功能以选定的速度驱动电机运行指定的步数

开源

代码示例

这个示例可以在 NECTO Studio 中找到。欢迎下载代码,或者您也可以复制下面的代码。

/*!
 * @file main.c
 * @brief Stepper 14 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Stepper 14 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-clockwise for 400 half
 * steps with a 2 seconds 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 "stepper14.h"

static stepper14_t stepper14;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    stepper14_cfg_t stepper14_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.
    stepper14_cfg_setup( &stepper14_cfg );
    STEPPER14_MAP_MIKROBUS( stepper14_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == stepper14_init( &stepper14, &stepper14_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( STEPPER14_ERROR == stepper14_default_cfg ( &stepper14 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    log_printf ( &logger, " Move 200 full steps clockwise, speed: medium\r\n\n" );
    stepper14_set_direction ( &stepper14, STEPPER14_DIR_CW );
    stepper14_set_step_mode ( &stepper14, STEPPER14_MODE_FULL_STEP );
    stepper14_drive_motor ( &stepper14, 200, STEPPER14_SPEED_MEDIUM );
    Delay_ms ( 2000 );

    log_printf ( &logger, " Move 400 half steps counter-clockwise, speed: fast\r\n\n" );
    stepper14_set_direction ( &stepper14, STEPPER14_DIR_CCW );
    stepper14_set_step_mode ( &stepper14, STEPPER14_MODE_HALF_STEP );
    stepper14_drive_motor ( &stepper14, 400, STEPPER14_SPEED_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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