使用STM32控制TMC5160驱动步进电机

Trinamic曹工 | 2022-09-05 11:11:40 阅读：1047

首先先来了解一下TMC5160的3种工作模式

TMC5160通过两个引脚来控制它的工作模式：SD_MODE和SPI_MODE。

1、当SD_MODE接地，SPI_MODE拉高，TMC5160即工作在模式1（SPI控制模式）。在该模式下，用户通过SPI接口来设置TMC5160的寄存器。

TMC5160使用自己的梯形曲线发生器来控制步进电机转动，用户需要设置：开始运动速度VSTART、第一段折线末速度V1、最大速度VMAX、停止速度VSTOP、第一段折线的加速度A1、第二段折线加速度AMAX、第四段折线的减速度DMAX、第五段折线的减速度D1。把上面的参数设置好，再设置工作模式：速度模式和位置模式。最后再设置目标位置。

如果是速度模式运行，不需要设置目标位置，电机就会开始转动。如果是位置模式，则需要设置目标位置，且目标位置与电机当前位置值不同电机才会转动。下图中的红线是电机的实际速度，不管是速度模式还是位置模式，电机的运行过程会按照下图来进行。

2、当SD_MODE接高电平，SPI_MODE拉高，TMC5160工作在模式2（SPI+S/D）。在该模式下，用户通过SPI接口来设置TMC5160的寄存器。TMC5160的功能和DRV8825类似，外界通过脉冲和方向引脚来控制步进电机运动。

3、当SD_MODE接高电平，SPI_MODE接地，TMC5160工作在模式3（S/D独立模式）。在该模式下，SPI接口失能，TMC5160的工作状态由CFG引脚配置，外界通过脉冲和方向引脚来控制步进电机运动。TMC5160可以完全独立工作，不需要接CPU。

目前是实现电机的简单转动，下面将用模式三来控制电机。

该模式下不需要通过SPI通讯，配置相关GPIO引脚和发送频率一定的正弦波即可。TMC5160的GPIO和STM32的引脚对应如下表：

先将SD_MODE接地，SPI_MODE拉高（PB1=1,PB=0），进入独立模式。

其它引脚的参数可以参考TMC5160数据手册根据自己的需求进行设置。初始化程序如下：

void TMC5160_Init3(void)                 //模式三独立模式
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;

    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();                   //开启GPIOB时钟
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();                   //开启GPIOA时钟
      
    GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_8;                                
    GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;          //推挽输出
    GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;                  //上拉
    GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;    //高速
    HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);

    GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_12|GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15;                       
    GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;          //推挽输出
    GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;                  //上拉
    GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;    //高速
    HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Initure);
      
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_7,GPIO_PIN_RESET);      
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_12|GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_RESET);      
}

然后PA8需要输出PWM方波，方波的频率决定电机转动速度，可以用PWM通道的方式搞定，也可以用定时器中断来做，这边采用定时器中断的方法，

例如，STM32F103的时钟频率为72M，分频设为72，装载值设为500，每0.5ms中断一次，PA8电平取反，1KHZ的方波就完成了。频率可以改变。程序如下：

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if(htim==(&TIM3_Handler))
    {
        COUNT++;
        A8=~A8;

        if(COUNT>=6400)
        {
            //HAL_NVIC_DisableIRQ(TIM3_IRQn);
            LED=1;                  //转一圈，停2s后继续
            delay_ms(2000);
            LED=0;
            COUNT=0;
        }
    }
}

实现的功能是让电机转1圈后停2s后继续。

采用四相电机，脉冲数控制电机转多少，电机步距角位1.8°，一个脉冲转1.8°，200个脉冲一圈，采用16细分，那么一圈就需要3200个脉冲。

电机转动的速度就由脉冲频率决定，可以根据细分及脉冲频率来换算电机实际转速。

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