UM2300 X-CUBE-SPN14 Stepper Motor Driver Software Expansion for STM32Cube User Manual
Introduzione
U pacchettu di espansione X-CUBE-SPN14 per STM32Cube vi dà un cuntrollu tutale di l'operazioni di u mutore stepper.
Quandu cumminatu cù una o più schede di espansione X-NUCLEO-IHM14A1, stu software permette à una scheda di sviluppu STM32 Nucleo cumpatibile per cuntrullà unu o più mutori stepper.
Hè custruitu nantu à a tecnulugia di u software STM32Cube per una portabilità faciule in diversi microcontrollers STM32.
U prugrammu vene cun cum'èampl'implementazione per un mutore stepper. Hè cumpatibile cù e schede di sviluppu NUCLEO-F401RE, NUCLEOF334R8, NUCLEO-F030R8 o NUCLEO-L053R8 cù una scheda di espansione X-NUCLEO-IHM14A1 montata in cima.
LINK RELATI
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Acronimi è abbreviazioni
Table 1. Lista di acronimi
Acronimu |
Descrizzione |
API |
Interfaccia di prugrammazione di l'applicazione |
BSP |
Pacchettu di supportu di bordu |
CMSIS |
Interfaccia di u software di microcontroller Cortex® standard |
HAL |
Stratu di astrazione di hardware |
IDE |
Ambiente di sviluppu integratu |
LED |
Diode emettitore di luce |
Overview
U pacchettu software X-CUBE-SPN14 espande a funziunalità di STM32Cube. E so caratteristiche principali includenu:
- Un stratu di driver per a gestione cumpleta di u dispositivu STSPIN820 (driver di motore stepper di bassa putenza) integratu in a scheda di espansione X-NUCLEO-IHM14A1.
- Modi di lettura è scrittura di i paràmetri di u dispositivu, cunfigurazione GPIO, PWM è IRQ, micro-stepping, posizione di direzzione, velocità, accelerazione, decelerazione è cuntrolli di torque, gestione automatica di switch full-step; alta impedenza o selezzione di modalità di arrestu di mantene, attivazione è gestione stand-by
- Trattamentu di l'interruzzione di errore
- Unicu cuntrollu di mutore stepper sampl'applicazione
- Facile portabilità in diverse famiglie MCU, grazie à STM32Cube
- Termini di licenza gratuiti, facili d'utilizatore
U software implementa pseudo registri è cumandamenti di muvimentu da:
- a cunfigurazione di i timers utilizati per generà u clock è u voltagE riferenza
- gestisce i paràmetri di u dispusitivu cum'è accelerazione, decelerazione, min. è max. vitezza, pusizioni à vitezza profile cunfini, pusizioni di marcatu, modu di micro-stepping, direzzione, statu di muvimentu, etc.
U software gestisce un dispositivu STSPIN820.
À ogni fine di l'impulsu di u tick timer, una callback hè eseguita per chjamà u gestore di clock step chì cuntrola u muvimentu di u mutore.
gestendu:
- statutu di muvimentu (per esempiu, arrestà u mutore à destinazione destinazione)
- direzzione di u mutore via livellu GPIO
- pusizioni mutore relative è assoluta in microsteps
- a vitezza attraversu zero, accelerazione pusitiva è negativa
A vitezza hè stabilita variendu a frequenza di u clock di u passu è, opzionalmente, u modu di passu quandu a funzione di commutazione automatica di u passu pienu hè attivata. U timer utilizatu per u clock di u passu hè cunfiguratu in u modu di comparazione di output. Un novu valore di registru di paragunà di cattura hè calculatu à ogni chjama di u gestore di u clock di passu per ottene u cuntrollu di frequenza.
A vitezza hè una funzione lineare di a frequenza di u clock per un determinatu modu di micro-stepping, chì pò esse variatu da u software da u pienu à u passu 1/256th.
Per utilizà a libreria di driver STSPIN820, duvete eseguisce a funzione di inizializazione chì:
- configura i GPIO richiesti per attivà i ponti è gestisce pin d'errore EN\FAULT, MODE1 dedicatu,
Pin di selezzione di u passu MODE2 è MODE3, u pin DIR per a direzzione di u mutore, u pin DECAY per u modu di decadenza
selezzione è u pin di reset standby STBY\RESET; - stabilisce u timer in u modu di comparazione di output per u pin STCK è u vol di riferenza di timertage generazione in modu PWM per REF pin;
- carica i paràmetri di u driver cù valori da stspin820_target_config.h o definiti in a funzione principale utilizendu una struttura d'inizializazione dedicata.
I paràmetri di u driver ponu esse mudificati dopu l'inizializazione chjamendu funzioni specifiche. Pudete ancu scrive e funzioni di callback è aghjunghje à: - u gestore di l'interruzzione di a bandiera per fà certe azzioni quandu un overcurrent o un alarme termale hè signalatu
- u gestore d'errore chì hè chjamatu da a biblioteca quandu riporta un errore I cumandamenti di u muvimentu sussegwente includenu:
- BSP_MotorControl_Move per spustà un numeru di passi in una direzzione specifica
- BSP_MotorControl_GoTo, BSP_MotorControl_GoHome, BSP_MotorControl_GoMark per andà in una pusizione specifica utilizendu a strada più corta
- BSP_MotorControl_CmdGoToDir per andà in una direzzione specifica à una pusizione specifica
- BSP_MotorControl_Run per eseguisce indefinitu
A velocità profile hè cumpletamente trattatu da u microcontroller. U mutore cumencia à muvimenti à u paràmetru di velocità minima BSP_MotorControl_SetMinSpeed, chì hè dopu alteratu à ogni passu da u
BSP_MotorControl_SetAcceleration valore di accelerazione.
Se a pusizione di destinazione di un cumandamentu di muvimentu hè abbastanza luntanu, u mutore esegue un muvimentu trapezoidale da:
- accelerà cù u paràmetru di accelerazione di u dispusitivu
- resta fermu à a velocità massima BSP_MotorControl_SetMaxSpeed
- decelerazione da BSP_MotorControl_SetDeceleration
- fermendu à u destinazione di destinazione
Se a pusizione di destinazione hè troppu vicinu per u mutore per ghjunghje à a velocità massima, eseguisce un muvimentu triangulare chì implica: - accelerazione
- decelerazione
- fermendu à u destinazione di destinazione
Un cumandamentu di muvimentu pò esse firmatu in ogni mumentu cù BSP_MotorControl_SoftStop chì diminuisce progressivamente a velocità utilizendu u paràmetru di decelerazione o u cumandamentu BSP_MotorControl_HardStop chì ferma immediatamente u mutore. U ponte di putenza hè automaticamente disattivatu quandu u mutore si ferma se u modu di stop HIZ_MODE hè statu stabilitu prima (BSP_MotorControl_SetStopMode).
A direzzione, a velocità, l'accelerazione è a decelerazione ponu esse cambiate sia quandu u mutore hè firmatu sia quandu u muvimentu hè dumandatu via BSP_MotorControl_Run.
Per bluccà i novi cumandamenti prima di u cumpletu di i precedenti, BSP_MotorControl_WaitWhileActive blocca l'esekzione di u prugramma finu à chì u mutore si ferma.
BSP_MotorControl_SelectStepMode pò cambià u modu di passu da pienu à u passu 1/256th. Quandu u modu di passu hè cambiatu, u dispusitivu è a pusizione attuale è a velocità sò resettate.
Architettura
Questa espansione di u software cumpleta cumplettamente cù l'architettura STM32Cube è l'espansione per permette u sviluppu di l'applicazioni chì utilizanu driver di motori stepper.
Figura 1. L'architettura di u software X-CUBE-SPN14
U software hè basatu annantu à a strata di astrazione hardare STM32CubeHAL per u microcontroller STM32. U pacchettu estende STM32Cube cun un pacchettu di supportu di scheda (BSP) per a scheda di espansione di cuntrollu di u mutore è un driver di cumpunenti BSP per u STSPIN820 low vol.tage driver di mutore stepper.
I strati di u software utilizati da u software di l'applicazione sò:
- Layer HAL STM32Cube: un inseme simplice, genericu è multi-istanza di API (interfacce di prugrammazione di applicazioni)
per interagisce cù l'applicazione superiore, a biblioteca è i strati di stack. Hè cumpostu di API generichi è di estensione basati
nantu à una architettura cumuna per chì i strati custruiti nantu à questu, cum'è a capa di middleware, ponu funziunà senza avè bisognu di cunfigurazioni hardware specifiche di unità di microcontroller (MCU). Sta struttura migliurà a riutilizazione di u codice di biblioteca è guarantisci una portabilità faciule in altri dispositi.
U pacchettu di supportu di bordu (BSP).: supporta i periferichi nantu à a scheda STM32 Nucleo, eccettu per u
MCU. Stu settore limitatu di API furnisce una interfaccia di prugrammazione per certi periferichi specifichi di bordu cum'è u LED è u buttone d'utilizatore, è aiuta à identificà a versione specifica di a scheda. U cuntrollu di u mutore BSP furnisce l'interfaccia di prugrammazione per diversi cumpunenti di u mutore di u mutore. Hè assuciatu cù u cumpunente BSP per u driver di u mutore STSPIN820 in u software X-CUBE-SPN14.
Struttura di cartulare
U prugrammu hè situatu in dui cartulare principali:
- Drivers, cù:
- u STM32Cube HAL files in i sottocartelle STM32L0xx_HAL_Driver, STM32F0xx_HAL_Driver, STM32F3xx_HAL_Driver o STM32F4xx_HAL_Driver. Quessi files sò pigliati direttamente da u framework STM32Cube è includenu solu quelli chì sò necessarii per eseguisce u driver di u mutore examples.
- un cartulare CMSIS cù u CMSIS (standard di interfaccia di software di microcontroller Cortex®), una strata di astrazione hardware indipendente da u venditore per a serie di processori Cortex-M da ARM. Stu cartulare ùn hè ancu cambiatu da u framework STM32Cube.
- un cartulare BSP cù u codice files per a cunfigurazione X-NUCLEO-IHM14A1, u driver STSPIN820 è l'API di cuntrollu di u mutore.
- prughjetti, chì cuntene parechji usu example di u driver di mutore STSPIN820 per diverse piattaforme STM32 Nucleo.
cartulare BSP
U software X-CUBE-SPN14 include i BSP descritti in e seguenti sottosezzioni.
STM32L0XX-Nucleo/STM32F0XX-Nucleo/STM32F3XX Nucleo/STM32F4XX-Nucleo BSPs
Questi BSP furniscenu una interfaccia per ogni scheda di sviluppu STM32 Nucleo cumpatibile per cunfigurà è aduprà i so periferichi cù a scheda di espansione X-NUCLEO-IHM14A1. Ogni sottucartula hà dui.c/.h file coppie:
- stm32XXxx_nucleo.c/h: sti framework STM32Cube micca mudificatu files furnisce u buttone d'utilizatore è e funzioni LED per a scheda specifica STM32 Nucleo.
- stm32XXxx_nucleo_ihm14a1.c/h: questi files sò dedicati à a cunfigurazione di i PWM, i GPIO è l'interruzzione di attivazione / disattivazione necessaria per l'operazione di a scheda di espansione X NUCLEO-IHM14A1.
U cuntrollu di u mutore BSP
Stu BSP furnisce una interfaccia cumuna per accede à e funzioni di u driver di diversi driver di mutore, cum'è L6474, powerSTEP01, L6208 è STSPIN820, via MotorControl/motorcontrol.c/h file coppia.
Quessi files definisce tutte e funzioni di cunfigurazione è di cuntrollu di u driver, chì sò dopu mappate à e funzioni di u cumpunente di u driver di u mutore utilizatu nantu à a scheda di espansione data via struttura motorDrv_t file (definitu in Components\Common\motor.h.). Sta struttura definisce una lista di puntatori di funzione chì sò riempiti durante a so istanza in u cumpunente currispundente di u mutore di u mutore. Per X-CUBE-SPN14, a struttura hè chjamata stspin820Drv (vede file: BSP\Components\stspin820\stspin820.c).
Siccomu u cuntrollu di u mutore BSP hè cumunu per tutti i pannelli di espansione di u mutore, alcune funzioni ùn sò micca dispunibuli per una data di espansione. E funzioni indisponibili sò rimpiazzate da punters nulli durante l'istanciazione di a struttura motorDrv_t in u cumpunente di u driver.
Cumpunente STSPIN280 BSP
U cumpunente STSPIN820 BSP furnisce e funzioni di u driver di u driver di u mutore STSPIN820 in u cartulare
stm32_cube\Drivers\BSP\Components\STSPIN820.
Stu cartulare hà 3 files:
- stspin820.c: funzioni core di u driver STSPIN820
- stspin820.h: dichjarazione di e funzioni di u driver STSPIN820 è e so definizione associate
- stspin820_target_config.h: valori predefiniti per i paràmetri STSPIN820 è per u cuntestu di i dispositi motori
U cartulare di u prugettu
Per ogni piattaforma STM32 Nucleo, una esampu prugettu hè dispunibule in stm32_cube\Projects\Multi\Examples\MotionControl\:
- IHM14A1_ExampleFor1Motor examples di funzioni di cuntrollu per cunfigurazioni unicu mutore
L'example hà un cartulare per ogni IDE cumpatibile:
- EWARM per IAR Embedded Workbench
- MDK-ARM per ARM/Keil µVision
- STM32CubeIDE per un ambiente di sviluppu integratu per STM32
U codice seguente filesò ancu inclusi:
- inc\main.h: Header principale file
- inc\ stm32xxxx_hal_conf.h: cunfigurazione HAL file
- inc\stm32xxxx_it.h: intestazione per u gestore di interruzzione
- src\main.c: prugramma principale (codice di l'exampbasatu nantu à a libreria di cuntrollu di u mutore per STSPIN820)
- src\stm32xxxx_hal_msp.c: Rutine di inizializazione HAL
- src\stm32xxxx_it.c: gestore di interruzzione
- src\system_stm32xxxx.c: inizializazione di u sistema
- src\clock_xx.c: inizializazione di u clock
U software hà bisognu di risorse
U cuntrollu MCU di una sola STSPIN820 (una scheda X-NUCLEO IHM14A1) è a cumunicazione trà i dui hè trattatu per mezu di sette GPIO (STBY \ RESET, EN \ FAULT, MODE1, MODE2, MODE3, DIR, pin DECAY) è un PWM per pin REF. . U GPIO per u pin STCK hè cunfiguratu per esse usatu cum'è una funzione alternativa di TIMER OUTPUT COMPARE.
Per a gestione di l'allarmi di sovracorrente è di sopratemperatura, u software X-CUBE-SPN14 usa una interruzzione esterna cunfigurata nantu à u GPIO utilizatu per u pin EN\FAULT, dopu avè attivatu o disattivatu i ponti di putenza.
Table 2. Risorse necessarie per u software X-CUBE-SPN14
Risorse F4xx |
Risorse F3xx | Risorse F0xx | Risorse L0xx | Pin | Funzioni (tavola) |
Port A GPIO 10
EXTI15_10_IRQn |
Port A GPIO 10
EXTI15_10_IRQn |
Port A GPIO 10
EXTI4_15_IRQn |
Port A GPIO 10
EXTI4_15_IRQn |
D2 |
FR/FAULT (FR) |
Port B GPIO 3 Timer2 Ch2 |
Port B GPIO 3
Timer2 Ch2 |
Port B GPIO 3
Timer15 Ch1 |
Port B GPIO 3
Timer2 Ch2 |
D3 |
STCK
(CLK) |
Port B GPIO 4 |
D5 |
decadenza
(DEC) |
|||
Port A GPIO 8 |
D7 |
DIRECTION (DIR) |
|||
Port A GPIO 9 |
D8 |
STBY/RESET (STBY) |
|||
Port C GPIO 7 Timer3 Ch2 |
Port C GPIO 7
Timer3 Ch2 |
Port C GPIO 7
Timer3 Ch2 |
Port C GPIO 7
Timer22 Ch2 |
D9 |
PWM REF
(REF) |
Port A GPIO 7 |
D11 |
MODE 3
(M3) |
|||
Port A GPIO 6 |
D12 |
MODE 2 (M2) |
|||
Port A GPIO 5 |
D13 |
MODE 1 (M1) |
API
L'API X-CUBE-SPN14 hè definitu in u BSP di cuntrollu di u mutore. E so funzioni cuntenenu u prefissu "BSP_MotorControl_".
Nota: Micca tutte e funzioni di stu modulu sò dispunibuli per u STSPIN820 è dunque a scheda di espansione X-NUCLEO-IHM14A1.
A funzione di l'API di l'utilizatori cumpletu è e descrizzioni di i paràmetri sò compilati in un HTML file in u cartulare Documentazione di u software.
Sampa descrizzione di l'applicazione
Un esampL'applicazione chì utilizeghja a scheda di espansione X-NUCLEO-IHM14A1 cù una scheda di sviluppu STM32 Nucleo cumpatibile hè furnita in u repertoriu di Prughjetti, cù prontu à custruisce per parechje IDE (vede a Sezione 2.3.2 Cartulari di Prughjetti).
Guida di installazione di u sistema
Descrizzione di hardware
- STM32 Nucleu
I pannelli di sviluppu STM32 Nucleo furniscenu un modu assequible è flessibile per l'utilizatori per pruvà soluzioni è custruisce prototipi cù qualsiasi linea di microcontroller STM32.
U supportu di connettività Arduino è i connettori ST morpho facilitanu l'espansione di e funziunalità
STM32 Nucleo piattaforma di sviluppu aperta cù una larga gamma di schede di espansione specializate da sceglie.
A scheda STM32 Nucleo ùn hà micca bisognu di sonde separate perchè integra u debugger ST-LINK/V2-1/
programatore.
A scheda STM32 Nucleo vene cù a libreria HAL cumpleta di u software STM32 inseme cù vari software imballati ex.ample per diversi IDE (IAR EWARM, Keil MDK-ARM, STM32CubeIDE, mbed è GCC/LLVM).
Tutti l'utilizatori di STM32 Nucleo anu accessu gratuitu à e risorse in linea mbed (compiler, C/C++ SDK è sviluppatore).
comunità) in www.mbed.org per custruisce facilmente applicazioni cumplete.
Figura 3. Scheda STM32 Nucleo
- X-NUCLEO-IHM14A1 scheda di espansione di driver di motore passo-passo
A scheda di espansione di u driver di motore X-NUCLEO-IHM14A1 hè basatu annantu à u driver monoliticu STSPIN820 per i motori stepper.
Rapprisenta una soluzione assequible è faciule d'utilizà per guidà i mutori stepper in u vostru prughjettu STM32 Nucleo, implementendu applicazioni di guida di mutore cum'è stampanti 2D / 3D, robotica è camere di sicurezza.
U STSPIN820 implementa un cuntrollu di corrente PWM cun un tempu OFF constante regulable via una resistenza esterna è una risoluzione microstepping finu à u passu 256th.
A scheda di espansione X-NUCLEO-IHM14A1 hè cumpatibile cù u connettore Arduino UNO R3 è u connettore ST morpho, cusì pò esse cunnessu à a scheda di sviluppu STM32 Nucleo è impilate cù schede di espansione X-NUCLEO supplementari.
- Diversi cumpunenti hardware
Per compie a cunfigurazione hardware, avete bisognu:- 1 mutore stepper bipolari (7 à 45 V).
- un alimentatore DC esternu cù dui cavi elettrici per a scheda X-NUCLEO-IHM14A1
- un USB type A à mini-B USB cable per cunnette a scheda STM32 Nucleo à un PC
- Requisiti di u software
I seguenti cumpunenti di u software sò necessarii per stabilisce l'ambiente di sviluppu adattatu
creazione di applicazioni basate nantu à a scheda di espansione di u driver di u mutore:- X-CUBE-SPN14 STM32Cube espansione per STSPIN820 low voltagSviluppu di l'applicazioni di driver di u mutore stepper. U firmware X-CUBE-SPN14 è a documentazione cunnessa hè dispunibule nantu www.st.com.
- Unu di e seguenti catene di strumenti di sviluppu è compilatori:
- Keil RealView Kit di sviluppu di microcontroller (MDK-ARM) Toolchain V5.27
- IAR Embedded Workbench for ARM (EWARM) Toolchain V8.50
- Ambiente di Sviluppu Integratu per STM32 (STM32CubeIDE)
Configurazione di hardware è software
Configurazione per guidà un solu mutore
Configurate i seguenti jumpers nantu à a scheda STM32 Nucleo:
- JP1 off
- JP5 (PWR) da u latu UV5
- JP6 (IDD) nantu
Configurate a scheda di espansione X-NUCLEO-IHM14A1 cusì: - Réglez le potentiomètre R7 à 1 kΩ.
- Set S1, S2, S3 è S4 switch à u latu pull-down cum'è in Figura 4. X-NUCLEO-IHM14A1 mutore stepper
scheda di espansione di u driver. U modu di micro-stepping hè sceltu attraversu MODE1, MODE2 è MODE3
livelli cuntrullati da a scheda STM32 Nucleo.
Una volta chì u bordu hè cunfiguratu bè: - Brancher la carte d'expansion X-NUCLEO-IHM14A1 au-dessus de la carte STM32 Nucleo via les connecteurs Arduino UNO
- Cunnette a scheda STM32 Nucleo à un PC cù u cable USB attraversu u connettore USB CN1 per alimentà a scheda
- Accendete a scheda di espansione X-NUCLEO-IHM14A1 cunnessendu i connettori Vin è Gnd à una alimentazione DC
- Cunnette u mutore stepper à i connettori di ponte X-NUCLEO IHM14A1 A+/- è B+/-
Quandu a cunfigurazione di u sistema hè pronta:
- Aprite a vostra toolchain preferita
- Sicondu a scheda STM32 Nucleo, apre u prughjettu di u software da:
- \stm32_cube\Projects\Multi\Examples\MotionControl\IHM14A1_ExampleFor1Motor\YourToolChainNam
e\STM32F401RE-Nucleo per Nucleo STM32F401 - \stm32_cube\Projects\Multi\Examples\MotionControl\IHM14A1_ExampleFor1Motor\YourToolChainNam
e\STM32F030R8-Nucleo per Nucleo STM32F334 - \stm32_cube\Projects\Multi\Examples\MotionControl\IHM14A1_ExampleFor1Motor\YourToolChainName\STM32F030R8-Nucleo per Nucleo STM32F030
- \stm32_cube\Projects\Multi\Examples\MotionControl\IHM14A1_ExampleFor1Motor\YourToolChainName\STM32L053R8-Nucleo per Nucleo STM32L053
- \stm32_cube\Projects\Multi\Examples\MotionControl\IHM14A1_ExampleFor1Motor\YourToolChainNam
- Per adattà i paràmetri STSPIN820 predeterminati à u vostru bassu voltage caratteristiche di u mutore stepper, sia:
- utilizate BSP_MotorControl_Init cù u puntatore NULL è apre stm32_cube \ Drivers \ BSP \ Components \ STSPIN820 \ STSPIN820_target_config.h per mudificà i paràmetri secondu i vostri bisogni
- - utilizate BSP_MotorControl_Init cù l'indirizzu di a struttura initDevicesParameters cù i valori appropritati.
- Ricostruisce tuttu files è carica a vostra maghjina in memoria di destinazione.
- Corri l'example. U mutore parte automaticamente (Vede main.c per i dettagli di a sequenza demo).
Storia di rivisione
Data |
Versione | Cambiamenti |
17-ottobre-2017 |
1 |
Liberazione iniziale. |
20-lugliu-2021 | 2 |
Updated Section 2.3.2 Cartulare di Prughjettu è Section 3.2 Requisiti di u Software. Eliminatu Sezione 2 Cosa hè STM32Cube? è rimpiazzatu da un ligame in l'Introduzzione. |
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