在工業(yè)自動化和精密運動控制領(lǐng)域，ADI TMC5240 作為一款高性能步進(jìn)電機(jī)控制器和驅(qū)動器 IC，其開發(fā)調(diào)試過程中的環(huán)境搭建效率可能會對產(chǎn)品開發(fā)調(diào)試造成影響。為了方便客戶快速的驗證和落地實施產(chǎn)品方案，本文提供一套已驗證的測試方案。通過結(jié)合圖形化配置工具與代碼移植方法，開發(fā)者可在 2-4 小時內(nèi)完成電機(jī)基礎(chǔ)功能驗證，并快速搭建實戰(zhàn)測試環(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)過抖動優(yōu)化的斜坡生成器，用于自動目標(biāo)定位，并配備了業(yè)界最先進(jìn)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，基于內(nèi)置的 256 微步進(jìn)分度器，以及兩個完全集成的 36V、3.0A (最大) H 橋和無耗散的集成電流檢測 (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
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% (實測對比 TMC5130)
2、控制升級
- • StealthChop2™ 靜音技術(shù)
- • 8 段式 S 型加減速曲線
- • 支持 ±5% 電流精度補償
3、集成優(yōu)勢
- • 單芯片集成運動控制 + 驅(qū)動 + MOSFET
- • PCB 占位面積減少 40%
4、集成保護(hù)
圖2 集成 MOS，極少的 BOM，僅內(nèi)存卡大小
TMCL-IDE 與 EVAL 評估板配置
搭建測試環(huán)境需準(zhǔn)備以下硬件設(shè)備：
- • TMCL-IDE + TMC5240-EVAL 評估板 (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 評估板與電機(jī)連接動態(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，如有需要可通過文末聯(lián)系獲取相關(guān)教程。
圖3 TMC5240-EVAL 評估板與電機(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 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，接下來進(jìn)行 STM32 SPI 驅(qū)動配置。ADI TMC5240 采用 SPI 接口 (MODE3，40bit) 與主控 MCU 通信。下圖 (圖5) 是 TMC5240 SPI 接口的時序規(guī)范，主要描述了 SPI 總線通信的信號時序要求。
圖5 TMC5240 SPI 接口的時序規(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)動代碼。若需要完整的項目文件，可通過文末方式獲取。
圖6 STM32 模擬 SPI MODE3 部分驅(qū)動代碼
測試環(huán)境搭建與驗證
將生成的配置代碼移植至 STM32，并通過 SPI 寫入 TMC5240-BOB 板子即可搭建完成一個實際測試環(huán)境。如下圖 (圖7) 所示為測試環(huán)境實物連接動態(tài)效果：
圖7 測試環(huán)境實物連接效果
如下圖 (圖8) 所示，該測試環(huán)境通過 STM32 單片機(jī)與 TMC5240-BOB 板進(jìn)行 SPI 通信，實時監(jiān)測并顯示驅(qū)動器內(nèi)部溫度及故障狀態(tài)，實現(xiàn)了無傳感器條件下的關(guān)鍵參數(shù)讀取功能。
圖8 無傳感器讀取內(nèi)部溫度、故障等
集成庫
為了簡化寄存器寫入的過程，作者整理了一份庫函數(shù)代碼。如下圖 (圖9) 展示了部分代碼，這套代碼已通過實例封裝了電機(jī)的相關(guān)配置，并提供了多個常用函數(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) (無減速)
--獲取 TMC5240 驅(qū)動的狀態(tài)
圖9 庫函數(shù)代碼示例
總結(jié)
本文主要介紹了 ADI TMC5240 快速測試環(huán)境的搭建方法，通過該方案，開發(fā)者可在 2-4 小時內(nèi)完成電機(jī)基礎(chǔ)功能驗證，縮短開發(fā)周期。 |
