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

资料下载见附件，电脑登入

公众号：游名开源

4 n: f9 W: [% m9 x

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。

1 a: m- d2 n8 X: o# m* O5 b* {

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

8 w* Q7 O- e# m3 O: N  U+ S4 h# z

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)
) n) s+ r; g. n+ S1 A" ]( K        sendData(0x90,0x0006160A);                                
. ^  ^+ S7 k% Y* l6 p9 {//PAGE33:IHOLD_IRUN: IHOLD=10, IRUN=22(31 max.current), IHOLDDELAY=6
        sendData(0x91,0x0000000A);                               
$ D+ u" |; r' y3 D//PAGE33:TPOWERDOWN=10:电机静止到电流减小之间的延时
% Z% I( G7 `  @$ F        sendData(0x80,0x00000004);                               
. g* o6 S# r. j//PAGE27:EN_PWM_MODE=1，使能
$ J) X( k1 v, w+ w; G, k        sendData(0x93,0x000001F4);                               
//PAGE33:TPWM_THRS=500,对应切换速度35000=ca.30RPM
        sendData(0xF0,0x000401C8);                               
//PAGE43WMCONF       
0 a) a8 q" g( }  W& {% i///////////////////////////////////////////////////////////
          sendData(0xA4,1000);                                            
//A1=1000第一阶段加速度
, B$ J7 O: K1 y5 _5 c* B- S        sendData(0xA5,50000);                                    
//V1=50000加速度阀值速度V  
        sendData(0xA6,5000);                                            
$ X$ o! k# Q. \* R: ^//AMAX=5000大于V1的加速度   
- i+ a1 T) L, P* C8 [- |$ X        sendData(0xA7,200000);                                    
8 W- p. l0 K7 F& @+ F//VMAX=200000
  f- {, U# k+ x        sendData(0xA8,700);                                                               
//DMAX=700大于V1的减速度
        sendData(0xAA,1400);                                            
* r+ K4 P. L, w//D1=1400小于V1的减速度
; u0 u1 m% P' a- i) l        sendData(0xAB,10);                                                    
//VSTOP=10停止速度，接近于0
5 t1 o! C+ t6 Q4 v2 H+ }4 W        sendData(0xA0,0x00000000);                                
//PAGE35:RAMPMODE=0位置模式，使用所有A、V、D参数       

初始化程序如下参考：
( r1 w$ n4 E" i5 ^! A! n3 r//TMC5130 SET       
: z! b; D+ U" X) }        sendData(0xEC,0x000100C3);                                
6 W* T! J2 F) R* Y, f9 j# V) r//CHOPCONF: TOFF=3, HSTRT=4, HEND=1, TBL=2, CHM=0 (spreadcycle)
" E) K! |% u& R7 e        sendData(0x90,0x00011601);                                
( E+ K% F* J  s4 a% g//PAGE33:IHOLD_IRUN: IHOLD=10, IRUN=22(31 max.current), IHOLDDELAY=1
        sendData(0x91,0x0000000A);                               
9 G  d# t( d, Y1 @) f. b//PAGE33:TPOWERDOWN=10:电机静止到电流减小之间的延时
        sendData(0x80,0x00000004);                               
' E5 {/ z7 C6 }% y' z7 o5 O6 c$ N//PAGE27:EN_PWM_MODE=1，使能
: a. f' i1 T- ]9 r! c3 t5 q        sendData(0x93,0x000001F4);                               
//PAGE33:TPWM_THRS=500,对应切换速度35000=ca.30RPM
        sendData(0xF0,0x000401C8);                               
//PAGE43WMCONF         
          sendData(0xA4,1000);                                            
//A1=1000第一阶段加速度
/ j6 A  F5 A. p8 r        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        
$ O' e& c2 k, Y0 j& \2 E        sendData(0xA7,200000);                                    
//VMAX=200000
  e0 `3 E4 D8 j3 |: B$ v        sendData(0xA8,700);                                                               
' |% i2 E0 O. `//DMAX=700大于V1的减速度
8 v1 X5 o: d- Q* v% C) d% }        sendData(0xAA,1400);                                            
//D1=1400小于V1的减速度
1 v. j" L8 F0 V* e. s3 ?# Q        sendData(0xAB,10);                                                    
; W+ @( O" S) Q//VSTOP=10停止速度，接近于0
9 C# C& r8 ]& f) A) M& N3 N

二、硬件设计

硬件设计接口上：支持SPI或UART或脉冲+方向控制

- e$ n. y! R/ l

原理图如下图所示：

# x7 s, \3 G4 b6 R* `; T. Z4 {

$ v4 A- b  V  @6 P* I6 k

# P8 i- Q* k. y$ ~

主芯片部分：

5 b: y% W) R: @' K: q. X1 I

补充说明：
, ^- X& N4 z5 Z6 o) nSPI_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
$ |: R" x4 f9 ]$ z) cVCC、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；

电源及接电机接口部分如下图：

% m! `/ V8 H/ Z

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）；
( ~0 k- w- W2 M/ ]; q电源保护：有条件的最好加防反接、TVS保护、以及保险丝等
) z7 m5 C& v; t+ A* e/ ]# v+ L

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

, x% K3 d7 E" @& i  k" A) u

PCB图参考如下（最好是4层板）：

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；
+ `1 x5 ^4 `/ _" p) ?电流取样电阻：5130不需要，5160外部MOS，要差分采样（开尔文接法）；

三、软件说明
1、SPI接口速度模式
( N' n1 x& [5 `* @芯片引脚跳线连接：
- t4 ?( @$ I+ eSPI_MODE：接高电平（VCC_IO）
SD_MODE： 接低电平（GND）
J7：短接
6 ^* u1 g, z  j9 n, }/ _- q% `CSNB6
. F5 o8 F) q5 j0 S0 }* t& qSCKA5
SDI：MOSI-PA7
( l0 s7 n9 a7 j- OSDO：MISO-PA6

2、SPI接口位置控制模式
  ~- b" c/ U- H/ y7 v芯片引脚跳线连接：
- c, H6 a% W/ I7 X/ j0 d/ e1 m% a6 q( HSPI_MODE：接高电平（VCC_IO）
% N. |, U3 d2 {2 h" l3 P3 f: wSD_MODE： 接低电平（GND）
J7：短接
1 p8 C6 ?6 p# S! A1 M0 z# A! ECSNB6
& p) l4 w" U7 JSCKA5
SDI：MOSI-PA7
SDO：MISO-PA6

3、DIR+STEP接口模式位置控制（无需SPI接口）
  g  P2 G9 n1 ~- K# @芯片引脚跳线连接：
SPI_MODE：接低电平（GND）
SD_MODE：接高电平（VCC_IO）
  G" K9 W, b9 }* e( H# gSTEP:REFL-PB4，J2：短接
4 |" L8 p! t6 r# }  SDIR: REFR-PB5，J5：短接
CFG6RV_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
8 X9 I' R& i* ^5 L" ?2 _CFG3:CSN-PB6 ，J7：短接
6 y- M, M; @+ b8 B' YCFG2: SCK-PA5
+ Q9 n  [- Q0 QCFG1: MOSI-PA7
CFG0: MISO-PA6

初始化程序如下参考：
1 U! I1 V. V7 ]7 f        HAL_GPIO_WritePin(CFG0_GPIO_Port,CFG0_Pin, GPIO_PIN_SET);                        //PAGE:110 CFG0设置为高，TOOF：236Tclk
+ M6 F* b. u' u; t( A        SubdivisionSet(16);                //PAGE:111 细分设置为16
        ISet();                                        //电流设置AGE: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
$ z- i/ r) ?& K* c        HAL_GPIO_WritePin(CFG5_GPIO_Port,CFG5_Pin, GPIO_PIN_SET);               
/ o4 ~$ y2 [: X) K//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
+ A5 P- D4 C& v" a        HAL_GPIO_WritePin(CFG6_GPIO_Port,CFG6_Pin, GPIO_PIN_RESET);
7 b3 E* t, C2 ?; z//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
$ Z( }4 o6 n4 C8 p% g+ D3 E