基于STM32F0+Trinamic智能步进驱动芯片TMC5160(最高20A)参考原理PCB图/代码等开源汇总分享

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代码：KEIL MDK5.2以上打开

       TRINAMIC TMC5160是一款高功率步进电机控制器和驱动器IC，带串行通信接口。该器件结合了一个灵活的斜坡发生器，用于以先进的步进电机驱动器实现自动目标定位且外置MOSFETs带有StealthChop、SpreadCycle静音防抖动技术，使用外部晶体管可实现高动态、高扭矩驱动、TMC5160控制/驱动智能IC使步进电机性能更强大。
3 p3 y8 d, ~* E$ m      基于TRINAMIC的复杂的spreadCycle 和 stealthChop斩波器，该驱动器可确保绝对无噪声工作能力及最高能效和最佳电机扭矩。高集成度、高能效和小巧的外形尺寸实现小型化和可扩展的系统，适用于高性价比解决方案。完整的解决方案最大限度地缩短了学习曲线，同时提供高性能。
& N) ^8 M+ G, |4 }* Z

初始化程序如下参考：
6 ?5 h1 l+ a% N0 f0 ]" R//TMC5160 SET       
: l* B& e/ X  A        sendData(0xEC,0x000100C3);         //PAGE43:CHOPCONF: TOFF=3, HSTRT=4, HEND=1, TBL=2, CHM=0 (spreadcycle)
        sendData(0x90,0x00061F0A);         //PAGE33:IHOLD_IRUN: IHOLD=10, IRUN=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
) y* c9 `1 X8 A& c5 n        sendData(0x80,0x00000004);        //PAGE27:EN_PWM_MODE=1，使能
        sendData(0xF0,0x000C0000);        //PAGE43WMCONF
        sendData(0x93,0x000001F4);        //PAGE33:TPWM_THRS=500,对应切换速度35000=ca.30RPM       
7 d8 r* [9 F/ [0 `6 n% ~4 U        sendData(0xA4,6000);             //PAGE35:A1=6000 第一阶段加速度
% ?+ f/ [! M$ ~+ G        sendData(0xA5,150000);             //PAGE35:V1=150000加速度阀值速度V1
# a( j/ G5 J' |6 m  p' }3 ~        sendData(0xA6,3000);             //PAGE35:AMAX=3000大于V1的加速度        
        sendData(0xA7,600000);             //PAGE35:VMAX=600000      
: S* l$ c) c- l/ c2 N        sendData(0xA8,4200);                        //PAGE35MAX=4200大于V1的减速度
  \% s; b. E$ q7 A3 V7 T: s2 x& e+ O5 N        sendData(0xAA,8400);             //PAGE351=8400小于V1的减速度
  u' v  ?% e8 W3 D        sendData(0xAB,10);                     //PAGE35:VSTOP=10停止速度，接近于0

初始化程序如下参考：
        //TMC5160 SET       
6 W" r2 o. d! Q# }        sendData(0xEC,0x000100C3);         //PAGE46:CHOPCONF: TOFF=3, HSTRT=4, HEND=1, TBL=2, CHM=0 (spreadcycle)
        sendData(0x90,0x00061F0A);  //PAGE33:IHOLD_IRUN: IHOLD=10, IRUN=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
  @' F4 R: a3 d: U+ ?- ~+ _* j' R        sendData(0x80,0x00000004);        //PAGE27:EN_PWM_MODE=1，使能
        sendData(0xF0,0x000C0000);  //PAGE43WMCONF
, _1 p3 F0 n  l) y& T* l& j        sendData(0x93,0x000001F4);  //PAGE33:TPWM_THRS=500,对应切换速度35000=ca.30RPM
( w% q2 R+ e+ H        sendData(0xA4,10000);      //PAGE35:A1=1000 第一阶段加速度
        sendData(0xA5,500000);     //PAGE35:V1=50000加速度阀值速度V1
0 O& J, x! U2 W3 P& V% _0 f# U: k        sendData(0xA6,5000);       //PAGE35:AMAX=500大于V1的加速度        
        sendData(0xA7,20000000);   //PAGE35:VMAX=200000      
9 w- x- c8 R9 F" R9 p/ U        sendData(0xA8,7000);                  //PAGE35MAX=700大于V1的减速度
6 W' u3 T3 g% b2 K5 e1 e        sendData(0xAA,14000);     //PAGE351=1400小于V1的减速度
) [; s* i/ u, e; n8 G+ `        sendData(0xAB,100);       //PAGE35:VSTOP=10停止速度，接近于0       
; G+ \5 p8 [# L2 ]. }9 d0 R( Z4 @        sendData(0xA0,0);                  //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：
/ {) ~0 A$ ~7 O. f$ m) A, d          /* USER CODE BEGIN 2 */
1 R* \; D& Q) u2 t8 s        SubdivisionSet(32);                //细分设置为32
        ISet();                                        //电流设置
        HAL_GPIO_WritePin(STEP_GPIO_Port,STEP_Pin, GPIO_PIN_SET);
                                                                //STEP设置为高
" m7 z7 A( m' p4 q5 W( F& f7 A        HAL_GPIO_WritePin(CFG5_GPIO_Port,CFG5_Pin, GPIO_PIN_RESET);
                                                                //CFG5设置为低
        HAL_GPIO_WritePin(CFG6_GPIO_Port,CFG6_Pin, GPIO_PIN_SET);
                                                                //CFG6设置为高,保持电流减半
  /* USER CODE END 2 */
5 r0 c) e# t" d" N

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Kevin201707 发表于 2020-3-13 10:34
收藏，多谢！

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jeffhe1 发表于 2020-3-13 11:30
' X* Z- S# [+ Y8 r3 ?' C感謝分享 , 收藏學習中

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已更新教程

9 o# W5 _# T( G& Q

一、概述

TMC5160是一款高功率步进电机控制器和驱动器IC，带串行通信接口。该器件结合了一个灵活的斜坡发生器，用于以先进的步进电机驱动器实现自动目标定位且外置MOSFETs带有StealthChop、SpreadCycle静音防抖动技术，使用外部MOS管可实现高动态、高扭矩驱动、TMC5160控制/驱动智能IC使步进电机性能更强大。将强大的步进电机驱动器和专用运动控制器集成在一块芯片上，将数字信息直接转换为平滑，精确，可靠的物理运动。这种带有串行通信接口的新型单轴步进电机驱动器IC专为具有外部MOSFET的2相步进电机而设计，每个线圈的电机电流可达20A, 电压范围8V到60VDC。

- ?% ?) ?: Q7 ], d3 {

参数及特点：

1 N' Q: E8 ~0 B& t: V, E$ k

1、TMC5160驱控芯片参数如下：

2、相步进电机高达20A线圈电流（外部 MOSFET）
3、运动控制器，具有 sixPointfile:///C:/Users/DELL/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif 斜坡
" f% _. Z) \5 L" n) m6 K0 U* f4、步进/方向接口具有微步插值 microPlyerfile:///C:/Users/DELL/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif
5、电压范围8VDC至60VDC
6、SPI和单线UART
7 `* l- D5 ?3 k/ [, N7、编码器接口和两个基准开关输入
. k; o0 U2 H7 T" W; K4 j  T8、每个全步长的最高分辨率为256个微步
9、stealthChop2file:///C:/Users/DELL/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif静音工作和平滑运动
10、用于中等范围共振抑制谐振
4 B  e8 ^! \  J# T4 P$ O- v) m11、spreadCycle高动态电机控制斩波器
& m* l/ W" B/ _4 I6 q- a12、dcStepfile:///C:/Users/DELL/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif负载相关速度控制
13、stallGuard2file:///C:/Users/DELL/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif高精度无传感器电机负载检测
! n+ X! u" n  N0 f$ @# p14、coolStepfile:///C:/Users/DELL/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif电流控制，可实现高达75%节能
# Z+ T( x- O; t, U3 s9 _15、无源制动和续流模式
16、全保护和诊断
17、紧凑的尺寸9x9mm TQFP48/8mmx8mm QFN封装

应用
1、机器人和工业驱动器
8 {+ r( q; j4 y" w7 I8 ]7 T2、纺织、缝纫机
3、包装机械
4、工厂和实验室自动化
5、高速 3D 打印机
6、液体处理
7、医疗
8、办公自动化
: i* W! a8 I# B* Y2 l6 I9、有线闭路电视
10、自动取款机、现金回收
11、泵和阀门
' x. g" B6 _) L- e: t

6 @8 a' U6 d6 z9 n# k  ~; P6 ?

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：


  @0 d7 x1 Q' {

主芯片部分：

4 x! P4 C& ~! X

补充说明：
; n) ~* `" A. a! S# ]2 d) Z8 |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
3 M/ Q2 b) x) X( Z4 Q9 mVCC：使用芯片内部5V输出电源；
VCC_IO电源：使用外部5V电源；
  E, Z  c! |3 Y, Y4 E. h$ ^4 w如果都使用外部5V电源可选择外部的，可降低芯片的发热和功耗；
3 [- X" W) u3 @+ D4 f5 |

电源及接电机接口部分如下图：

6 m! \0 Z& T: i/ W# Y; f  \5 O

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）；

# @; i& c# I, |' P+ B) [

电源保护：有条件的最好加防反接、TVS保护、以及保险丝等；

. P+ ^9 V; m4 @# s3 e7 v6 K$ K

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

7 \9 v; z. x5 Y7 G

SPI接口：

3 o% f5 x( X- C- v8 }6 p

补充说明：

CSN：为SPI接口选择不同的MCU引脚（SPI+SD：为SPI模式有效）；

SPI接口：SPI+SD：为SPI模式有效；

CFG细分设置接口：SPI+SD：为脉冲+方向控制模式才有效；

/ I' }% C* y9 x% q- ]

MOS驱动电路：

' z0 J, ]" `* z+ M, [