在工業(yè)自動(dòng)化和精密運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，ADI TMC5240 作為一款高性能步進(jìn)電機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)器 IC，其開發(fā)調(diào)試過(guò)程中的環(huán)境搭建效率可能會(huì)對(duì)產(chǎn)品開發(fā)調(diào)試造成影響。為了方便客戶快速的驗(yàn)證和落地實(shí)施產(chǎn)品方案，本文提供一套已驗(yàn)證的測(cè)試方案。通過(guò)結(jié)合圖形化配置工具與代碼移植方法，開發(fā)者可在 2-4 小時(shí)內(nèi)完成電機(jī)基礎(chǔ)功能驗(yàn)證，并快速搭建實(shí)戰(zhàn)測(cè)試環(huán)境。
ADI TMC5240 基本性能介紹
ADI TMC5240 是一款智能高性能步進(jìn)電機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)器 IC，具有串行通信接口 (SPI、UART) 和廣泛的診斷功能。它結(jié)合了靈活的、經(jīng)過(guò)抖動(dòng)優(yōu)化的斜坡生成器，用于自動(dòng)目標(biāo)定位，并配備了業(yè)界最先進(jìn)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，基于內(nèi)置的 256 微步進(jìn)分度器，以及兩個(gè)完全集成的 36V、3.0A (最大) H 橋和無(wú)耗散的集成電流檢測(cè) (ICS)。下圖 (圖1) 為它的產(chǎn)品特性：
圖1 ADI TMC5240 產(chǎn)品特性
性能亮點(diǎn)
1、能效優(yōu)化
- • 超低導(dǎo)通電阻：RDS (ON) (HS+LS)：230mΩ 典型值 (TA=25°C)
- • 整機(jī)功耗降低 30% (實(shí)測(cè)對(duì)比 TMC5130)
2、控制升級(jí)
- • StealthChop2™ 靜音技術(shù)
- • 8 段式 S 型加減速曲線
- • 支持 ±5% 電流精度補(bǔ)償
3、集成優(yōu)勢(shì)
- • 單芯片集成運(yùn)動(dòng)控制 + 驅(qū)動(dòng) + MOSFET
- • PCB 占位面積減少 40%
4、集成保護(hù)
- • 過(guò)溫保護(hù)
- • 過(guò)壓保護(hù)
圖2 集成 MOS，極少的 BOM，僅內(nèi)存卡大小
TMCL-IDE 與 EVAL 評(píng)估板配置
搭建測(cè)試環(huán)境需準(zhǔn)備以下硬件設(shè)備：
- • TMCL-IDE + TMC5240-EVAL 評(píng)估板 (圖形化界面快速地配置電機(jī)基礎(chǔ)參數(shù))
- • STM32F103 最小系統(tǒng)板 + TMC5240-BOB (將上位機(jī)生成配置代碼移植到 MCU)
- • 42 步進(jìn)電機(jī)
- • 電源連接線等
TMCL-IDE 是 TMC5240 配套的圖形化配置工具，結(jié)合 TMC5240-EVAL 評(píng)估板，開發(fā)者可以快速完成電機(jī)參數(shù)的初始化配置，使電機(jī)能夠快速進(jìn)入預(yù)期性能狀態(tài)。下圖 (圖3) 為 TMC5240-EVAL 評(píng)估板與電機(jī)連接動(dòng)態(tài)效果。由于本章主要介紹 TMCL-IDE 到 MCU 的代碼移植，因此具體的配置步驟此處不再一一列出，如有需要可通過(guò)文末聯(lián)系獲取相關(guān)教程。
圖3 TMC5240-EVAL 評(píng)估板與電機(jī)連接效果
完成配置后，根據(jù)下圖 (圖4) 紅色框標(biāo)記步驟，通過(guò) TMCL-IDE 導(dǎo)出配置文件及初始化代碼。
圖4 代碼導(dǎo)出界面
STM SPI 代碼配置
導(dǎo)出配置文件后，接下來(lái)進(jìn)行 STM32 SPI 驅(qū)動(dòng)配置。ADI TMC5240 采用 SPI 接口 (MODE3，40bit) 與主控 MCU 通信。下圖 (圖5) 是 TMC5240 SPI 接口的時(shí)序規(guī)范，主要描述了 SPI 總線通信的信號(hào)時(shí)序要求。
圖5 TMC5240 SPI 接口的時(shí)序規(guī)范
為了確保代碼兼容性，本次 SPI 通訊是基于模擬 IO 的方式實(shí)現(xiàn)的，它能夠兼容任何 MCU 系統(tǒng)。下圖 (圖6) 展示了 STM32 模擬 SPI MODE3 的一部分驅(qū)動(dòng)代碼。若需要完整的項(xiàng)目文件，可通過(guò)文末方式獲取。
圖6 STM32 模擬 SPI MODE3 部分驅(qū)動(dòng)代碼
測(cè)試環(huán)境搭建與驗(yàn)證
將生成的配置代碼移植至 STM32，并通過(guò) SPI 寫入 TMC5240-BOB 板子即可搭建完成一個(gè)實(shí)際測(cè)試環(huán)境。如下圖 (圖7) 所示為測(cè)試環(huán)境實(shí)物連接動(dòng)態(tài)效果：
圖7 測(cè)試環(huán)境實(shí)物連接效果
如下圖 (圖8) 所示，該測(cè)試環(huán)境通過(guò) STM32 單片機(jī)與 TMC5240-BOB 板進(jìn)行 SPI 通信，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并顯示驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部溫度及故障狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)傳感器條件下的關(guān)鍵參數(shù)讀取功能。
圖8 無(wú)傳感器讀取內(nèi)部溫度、故障等
集成庫(kù)
為了簡(jiǎn)化寄存器寫入的過(guò)程，作者整理了一份庫(kù)函數(shù)代碼。如下圖 (圖9) 展示了部分代碼，這套代碼已通過(guò)實(shí)例封裝了電機(jī)的相關(guān)配置，并提供了多個(gè)常用函數(shù)，這些函數(shù)能方便開發(fā)者快速上手進(jìn)行調(diào)試。
--設(shè)置電機(jī)電流
--設(shè)置微步模式
--設(shè)置電機(jī)目標(biāo)位置 (步/微步)
--設(shè)置電機(jī)速度
--獲取電機(jī)當(dāng)前位置
--獲取電機(jī)當(dāng)前速度
--使用可配置的減速停止電機(jī)
--緊急停止電機(jī) (無(wú)減速)
--獲取 TMC5240 驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)
圖9 庫(kù)函數(shù)代碼示例
總結(jié)
本文主要介紹了 ADI TMC5240 快速測(cè)試環(huán)境的搭建方法，通過(guò)該方案，開發(fā)者可在 2-4 小時(shí)內(nèi)完成電機(jī)基礎(chǔ)功能驗(yàn)證，縮短開發(fā)周期。 |
