游名：Stm32F0+TMC5130 Arduino接口42/57步进电机驱动参考原理图/...

3万 · 2020-3-26 17:15

本帖最后由 mmuuss586 于 2020-7-27 12:52 编辑

基于Stm32F0+TMC5130 Arduino接口42/57步进电机驱动参考原理图/PCB图/教程/源码等开源分享

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一、概述

TMC5130芯片是一款集成式步进电机驱动器和运动控制器（定位控制）解决方案，适用于医疗、3D打印机、云台或其它自动化设备对性能有较高的场合应用和静音控制。该芯片具有集成的SixPoint斜坡控制器，微步进分度器，无传感器失速检测技术StallGuard2和完全无噪声的电流控制模式StealthChop，旨在驱动双极步进电机。输出驱动器模块由低RDSon N沟道功率MOSFET组成，配置为全H桥，以驱动电机绕组。 TMC5130能够从每个输出驱动高达2.5A的电流（具有适当的散热）。TMC5130的供电电压为5-46V。该器件提供SPI接口，用于配置和诊断以及步进和方向接口。

参数及特点：

2A电流（2.5A峰值），电压范围4.75-46VDC，9x9mm2 TQFP48封装

具有sixPoint斜坡的运动控制器

SPI和单线UART和Step / Dir接口，编码器接口和2x参考开关输入

每个完整步骤的最高分辨率256微步

stealthChop用于极其安静的操作和平稳的运动

spreadCycle高动态电机控制斩波器

dcStep负载相关的速度控制

stallGuard2高精度无传感器电机负载检测

coolStep电流控制，节能高达75％

集成电流检测选项，被动制动和续流模式，全面保护和诊断

3万 · 2020-3-26 17:22

二、硬件设计

硬件设计接口上：支持SPI或UART或脉冲+方向控制

原理图如下图所示：

3万 · 2020-3-26 17:24

主芯片部分：

3万 · 2020-3-26 17:24

补充说明：
SPI_MODE、SD_MODE:对应的J10、J11通过跳线帽选择高、低电平选择不同模式
VCC、VCC_IO电源：使用芯片内部5V输出电源，如果有外部5V电源可选择外部的，可降低芯片的发热和功耗；

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电源及接电机接口部分如下图：

3万 · 2020-3-26 17:26

补充说明：
母线电容CE1选择：一般是1A对应100uF左右（有条件的尽可能大）；
电源保护：有条件的最好加防反接、TVS保护、以及保险丝等

3万 · 2020-3-26 17:28

电机接口：如果对EMC要求较高的，最好加些滤波和保护，参考电路如下图

3万 · 2020-3-26 17:29

PCB图参考如下（最好是4层板）：

3万 · 2020-3-26 17:31

补充说明：
芯片底部最好不要走其它线，保证地平面完整及散热；
电流取样电阻：5130不需要，5160外部MOS，要差分采样（开尔文接法）；

3万 · 2020-3-26 17:31

三、软件说明
1、SPI接口速度模式
芯片引脚跳线连接：
SPI_MODE：接高电平（VCC_IO）
SD_MODE：接低电平（GND）
J7：短接
CSN:PB6
SCK:PA5
SDI：MOSI-PA7
SDO：MISO-PA6

3万 · 2020-3-26 17:31

初始化程序如下参考：
//TMC5130 SET
sendData(0xEC,0x000100C3);
//CHOPCONF: TOFF=3, HSTRT=4, HEND=1, TBL=2, CHM=0 (spreadcycle)
sendData(0x90,0x00011601);
//PAGE33:IHOLD_IRUN: IHOLD=10, IRUN=22(31 max.current), IHOLDDELAY=1
sendData(0x91,0x0000000A);
//PAGE33:TPOWERDOWN=10:电机静止到电流减小之间的延时
sendData(0x80,0x00000004);
//PAGE27:EN_PWM_MODE=1，使能
sendData(0x93,0x000001F4);
//PAGE33:TPWM_THRS=500,对应切换速度35000=ca.30RPM
sendData(0xF0,0x000401C8);
//PAGE43:PWMCONF
    sendData(0xA4,1000);
//A1=1000第一阶段加速度
sendData(0xA5,50000);
//V1=50000加速度阀值速度V1
sendData(0xA6,5000);
//AMAX=5000大于V1的加速度
sendData(0xA7,200000);
//VMAX=200000
sendData(0xA8,700);
//DMAX=700大于V1的减速度
sendData(0xAA,1400);
//D1=1400小于V1的减速度
sendData(0xAB,10);
//VSTOP=10停止速度，接近于0

3万 · 2020-3-26 17:32

2、SPI接口位置控制模式
芯片引脚跳线连接：
SPI_MODE：接高电平（VCC_IO）
SD_MODE：接低电平（GND）
J7：短接
CSN:PB6
SCK:PA5
SDI：MOSI-PA7
SDO：MISO-PA6

3万 · 2020-3-26 17:32

初始化程序如下参考：
// TMC5130 SET
sendData(0xEC,0x000100C3);
//CHOPCONF: TOFF=3, HSTRT=4, HEND=1, TBL=2, CHM=0 (spreadcycle)
sendData(0x90,0x0006160A);
//PAGE33:IHOLD_IRUN: IHOLD=10, IRUN=22(31 max.current), IHOLDDELAY=6
sendData(0x91,0x0000000A);
//PAGE33:TPOWERDOWN=10:电机静止到电流减小之间的延时
sendData(0x80,0x00000004);
//PAGE27:EN_PWM_MODE=1，使能
sendData(0x93,0x000001F4);
//PAGE33:TPWM_THRS=500,对应切换速度35000=ca.30RPM
sendData(0xF0,0x000401C8);
//PAGE43:PWMCONF
///////////////////////////////////////////////////////////
    sendData(0xA4,1000);
//A1=1000第一阶段加速度
sendData(0xA5,50000);
//V1=50000加速度阀值速度V
sendData(0xA6,5000);
//AMAX=5000大于V1的加速度
sendData(0xA7,200000);
//VMAX=200000
sendData(0xA8,700);
//DMAX=700大于V1的减速度
sendData(0xAA,1400);
//D1=1400小于V1的减速度
sendData(0xAB,10);
//VSTOP=10停止速度，接近于0
sendData(0xA0,0x00000000);
//PAGE35:RAMPMODE=0位置模式，使用所有A、V、D参数

3万 · 2020-3-26 17:32

3、DIR+STEP接口模式位置控制（无需SPI接口）
芯片引脚跳线连接：
SPI_MODE：接低电平（GND）
SD_MODE：接高电平（VCC_IO）
STEP:REFL-PB4，J2：短接
DIR: REFR-PB5，J5：短接
CFG6:DRV_ENN-PC5，通过杜邦线接到底板PC5脚
CFG5:ENCA-PC8，通过杜邦线接到底板PC8脚
CFG4:ENCB-PC6，通过杜邦线接到底板PC6脚
CFG3:CSN-PB6 ，J7：短接
CFG2: SCK-PA5
CFG1: MOSI-PA7
CFG0: MISO-PA6

3万 · 2020-3-26 17:33

初始化程序如下参考：
HAL_GPIO_WritePin(CFG0_GPIO_Port,CFG0_Pin, GPIO_PIN_SET); //PAGE:110 CFG0设置为高，TOOF：236Tclk
SubdivisionSet(16); //PAGE:111 细分设置为16
ISet(); //电流设置:PAGE:111
HAL_GPIO_WritePin(CFG4_GPIO_Port,CFG4_Pin, GPIO_PIN_SET); //PAGE:111 CFG4设置为高，chopper hysteresis斩波器滞后设置为9
HAL_GPIO_WritePin(CFG5_GPIO_Port,CFG5_Pin, GPIO_PIN_SET);
//PAGE:111 CFG5设置为低，chopper blank time斩波器切换期间间隔时间设置为24
HAL_GPIO_WritePin(CFG6_GPIO_Port,CFG6_Pin, GPIO_PIN_RESET);
//PAGE:112 CFG6设置为低电机驱动使能，为高关闭
HAL_GPIO_WritePin(STEP_GPIO_Port,STEP_Pin, GPIO_PIN_SET); //STEP设置为高