電機驅(qū)動bh-msd4805模塊秉火用戶手冊

1、文檔說明本手冊旨在幫助用戶正確構(gòu)建 BH-MSD4805 步進電機驅(qū)動器的使用環(huán)境，引導(dǎo)用戶快速使用該驅(qū)動器。2 / 38目錄BH-MSD4805 步進電機驅(qū)動器1用戶手冊1文檔說明2目錄31.BH-MSD-4805 簡介4BH-MSD4805 簡介4特性參數(shù)42.硬件測試5硬件連接5測試流程9參數(shù)設(shè)置92.2.2 控制步進電機加運動103.4.注意事項及常見問題17配套程序說明19驅(qū)動原理19main 函數(shù)執(zhí)行流程37產(chǎn)品更新及售后支持385.3 / 381. BH-MSD-4805 簡介1.1BH-MSD4805 簡介BH-MSD4805 是秉火科技推出的一款智能步進電機驅(qū)動器。它是一款以

2、雙極恒流驅(qū)動輸出控制電機的驅(qū)動器，驅(qū)動電壓范圍 DC12V48V，適合外徑為 42mm、 57mm、86mm 系列，驅(qū)動電流在 5A 以下的所有兩相混合式步進電機。根據(jù)驅(qū)動器提供的8 位撥碼開關(guān)可以輕松的實現(xiàn)對不機電流及不同細分步數(shù)的精確控制。帶有自動半流技術(shù)，可以大大降低電機的功耗及發(fā)熱量，輸入信號都經(jīng)過光耦能力，能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。，具有很強的圖 1-1 MSD4805 外觀圖1.2特性參數(shù)4 / 38參數(shù)說明額定電壓直流：12V 48V額定電流0.75A 5.0A驅(qū)動方式雙極恒流驅(qū)動輸出工作溫度0 80結(jié)構(gòu)尺寸118(mm)*75.5(mm)*33(mm)應(yīng)用領(lǐng)域數(shù)控設(shè)備、雕刻機等設(shè)備

3、2. 硬件測試本驅(qū)動器配套 STM32 驅(qū)動程序，可直接使用秉火指南者、霸道及者開發(fā)板進試。按要求使用杜邦線把模塊連接到開發(fā)板，并程序即可。2.1硬件連接BH-MSD4805 驅(qū)動器外觀見圖 2-1，驅(qū)動器右側(cè)分別是電源及故障指示燈、控制信號接口、參數(shù)設(shè)定撥碼開關(guān)、電源驅(qū)動接口，在其端子的正上方是對應(yīng)引腳名稱的絲印。圖 2-1 BH-MSD4805 驅(qū)動器外觀5 / 38表 2-1 BH-MSD4805 驅(qū)動器控制信號說明表 2-2 BH-MSD4805 驅(qū)動器撥碼開關(guān)說明表 2-3 BH-MSD4805 驅(qū)動器電源驅(qū)動端子說明6 / 38序號引腳名稱引腳定義功能說明1A-A 相繞組負端驅(qū)動器

4、的A 相繞組驅(qū)動輸出，跟電機的A 相繞組相連2A+A 相繞組正端3B-B 相繞組負端驅(qū)動器的B 相繞組驅(qū)動輸出，跟電機的B 相繞組相連4B+B 相繞組正端5GND電源負端驅(qū)動器的電壓供電口，驅(qū)動電壓應(yīng)該滿足直流：12V 48V6VCC電源正端序號引腳名稱引腳定義功能說明1SW1細分設(shè)定由 SW1SW4 四個撥碼開關(guān)來設(shè)定驅(qū)動器微步細分數(shù)，其有 16 檔微步細分設(shè)定。用戶設(shè)定微步細分時需要重新上電微步細分才生效，具體輸出微步細分的設(shè)定，見驅(qū)動器的細分設(shè)置由撥碼開關(guān)的 SW1SW4 來設(shè)定，默認為 100 細分，一般的兩相四線制步進電機的步進角都是 1.8，因此電機旋轉(zhuǎn)一圈需要 360/1.8=2

5、00 個脈沖，這里 100 細分轉(zhuǎn)一圈需要的脈沖數(shù)為200*100=20000 個。詳細設(shè)定見表 2-7。表 2-7。2SW23SW34SW45SW5電流設(shè)定由 SW5SW8 四個撥碼開關(guān)來設(shè)定驅(qū)動器輸出電流，其輸出電流共有 14 檔。其中 SW8 為全局電流設(shè)定開關(guān)，如果設(shè)定為 ON,則輸出結(jié)果為設(shè)定值的一半。具體輸出電流的設(shè)定，見驅(qū)動器的電流設(shè)置由撥碼開關(guān)的 SW5SW8 來設(shè)定，默認為 1.5A。這個電流值需要根據(jù)步進電機的額定電流來設(shè)定。一般建議驅(qū)動器的輸出電流設(shè)定和電機額定電流差不多或者小一點，詳細設(shè)定見表 2-7。表 2-8 電流參數(shù)使用撥碼開關(guān)設(shè)置說明。6SW67SW78SW8序

6、號引腳名稱引腳定義功能說明1ENA-(ENA)輸出使能負端控制器的輸出是通過該組信號使能，又稱脫機信號。當(dāng)此信號有效時，輸出關(guān)閉，電機繞組電流為零，電機為無力矩狀態(tài)，可以轉(zhuǎn)動電機，適合需要手動調(diào)整電機的場合。2ENA+(+5V)輸出使能正端3DIR-(DIR)方向控制負端電機的方向控制信號，當(dāng)此信號有效時，電機順時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)此信號無效時，電機逆時針旋轉(zhuǎn)。4DIR+(+5V)方向控制正端5PUL-(PUL)脈沖控制負端電機的轉(zhuǎn)動控制信號，驅(qū)動器接收到的脈沖信號電機就會按照既定的方向旋轉(zhuǎn)。電機的角位移與脈沖的數(shù)量成正比，速度與脈沖的頻率成正比。通常脈沖的有效寬度=5us,頻率 accel_lim,

7、度是受限于的開始。距離 decel_val 應(yīng)該為（）decel_val = (step accel_lim)定時器中斷處理函數(shù)定時器中斷產(chǎn)生步脈沖并且只有在步進電機移動時進入。這個中斷處理速度屬性的四個不同的狀態(tài)，分別為 stopaccelrundecelstop。如圖 4-9 所示。圖 4-9 步進電機運行速度的四個狀態(tài)速度的這種行為通過狀態(tài)機在定時器中斷中實現(xiàn)。如圖 4-10 所示。STOP 為停止?fàn)顟B(tài)，ACCEL 為狀態(tài)，RUN 為勻速狀態(tài)，DECEL 為狀態(tài)。27 / 38圖 4-10 定時器中斷中的狀態(tài)機當(dāng)應(yīng)用程序啟動或者步進電機停止?fàn)顟B(tài)機處于 STOP 狀態(tài)。當(dāng)輸入移動步數(shù)建立計

8、算完成，一個新狀態(tài)被置位同時定時器的中斷被使能。當(dāng)運行的步數(shù)超過 1 步狀態(tài)機進入 ACCEL 狀態(tài)，如果只移動一步，那么狀態(tài)直接變?yōu)?DECEL。因為只移動一步是不需要加速的。當(dāng)狀態(tài)變?yōu)?ACCEL，應(yīng)用程序一直步進電機達到期望的最大速度，這時狀態(tài)變?yōu)?RUN，或者必須開始，狀態(tài)變?yōu)?DECEL。它會一直保持 DECEL 狀態(tài)并一直到期望的步數(shù)并且速度為 0。然后狀態(tài)變?yōu)?STOP。計算和定時器的計數(shù)器在和過程中的每一步新的時間延遲必須計算得出。這個計算結(jié)果會包括一個系數(shù)和一個余數(shù)，為了提高精度余數(shù)保留并包含在下一次計算當(dāng)中。由式（414）可以得出式（430），其中 rest 為余數(shù)，首次計

9、算值為 0。new_rest 就是保存除不盡的余數(shù)參與下一次計算。 2_+new_step_delay = step_delay（）4_+1new_rest = (2 + )(4 _ + 1) （）當(dāng)狀態(tài)改變時為了保持位移的軌跡，一些輔助計數(shù)變量是必不可少的。見圖 4-11。28 / 38圖 4-11 在延時中的計數(shù)變量step_count 為計算步數(shù)，在 ACCEL 狀態(tài)從零開始，在DECEL 狀態(tài)完成時結(jié)束。的步數(shù)應(yīng)該與命令控制的步數(shù)相同。accel_count 用于控制或者。在 ACCEL 狀態(tài)時，它從零開始每一步都會增加直到ACCEL 狀態(tài)結(jié)束。在 DECEL 狀態(tài)時，它設(shè)置為 dec

10、el_val，并且為負數(shù)，每一步都會增加直到它的值為 0，運動結(jié)束，狀態(tài)設(shè)置為 STOP。decel_start 指示開始。當(dāng) step_count 與 decel_start 相等時，狀態(tài)設(shè)置為 DECEL。當(dāng)這個代碼使用過程中需要特別注意中斷的優(yōu)先級。如果產(chǎn)生脈沖的中斷被其他中斷阻塞會影響電機的速度。29 / 389.代碼講解配套的三個程序除了主控控制板不一樣，其它部分是完全一樣的，這里BH-MSD4805 測試程序 F103(指南者)”來講解。以“1.BH-MSD4805 的驅(qū) 動包含 了 MicroStepDriver.c 及 MSD_test.c 文件中 。MicroStepDriv

11、er.c 文件中主要是配置定時器產(chǎn)生脈沖， 以及實現(xiàn)步進電機移動的函數(shù)MSD_Move(signedstep, unsignedaccel, unsigneddecel, unsignedspeed) 。MSD_test.c 文件包含串口命令接收處理、控制步進電機運動。MicroStepDriver.c 程序中首先初始化步進電機需要用到的三組信號：脈沖信號、方向信號、脫機信號。代碼見代碼4-1。代碼4-1 定時器初始化代碼（位于 MicroStepDriver.c 和 MicroStepDriver.h 文件）1 / 當(dāng)使用不同的定時器的時候，對應(yīng)的 GPIO 是不一樣的，這點要注意23456

12、78910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546/ 這里 #define #define #define使用定時器 TIM2MSD_PULSE_TIMMSD_PULSE_TIM_APBxClock_FUNMSD_PULSE_TIM_CLKTIM2RCC_APB1PeriphClockCmdRCC_APB1Periph_TIM2/ 定時器輸出 #define #define/ 定時器中斷 #define #define通道，PA0 是通道 1 MSD_PULSE_OCx_Init MSD_P

13、ULSE_OCx_PreloadConfigTIM_OC4Init TIM_OC4PreloadConfigMSD_PULSE_TIM_IRQMSD_PULSE_TIM_IRQHandlerTIM2_IRQnTIM2_IRQHandler/ #de信號的頻率eF = TIM_CLK/(ARR+1)*(PSC+1) MSD_PULSE_TIM_PERIOD MSD_PULSE_TIM_PSC(10-1)(72-1)#define/ 步進電機脈沖輸出通道#define #define #defineMSD_PULSE_GPIO_CLK MSD_PULSE_PORT MSD_PULSE_PINRCC

14、_APB2Periph_GPIOA GPIOAGPIO_Pin_3/ 步進電機方向控制#define #define #defineMSD_DIR_GPIO_CLK MSD_DIR_PORT MSD_DIR_PINRCC_APB2Periph_GPIOB GPIOBGPIO_Pin_14/ 步進電機脈沖輸出使能引腳#define #define #defineMSD_ENA_GPIO_CLK MSD_ENA_PORT MSD_ENA_PINRCC_APB2Periph_GPIOC GPIOCGPIO_Pin_4sic void TIM_Mode_Config(void)/ 開啟定時器時鐘,即內(nèi)

15、部時鐘 CK_=72M MSD_PULSE_TIM_APBxClock_FUN( D_PULSE_TIM_CLK,ENABLE);/*-時基結(jié)構(gòu)體初始化*/TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);/ 自動重裝載寄存器的值，累計 TIM_Period+1 個周期后產(chǎn)生一個更新或者中斷TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=MSD_PULSE_TIM_PERIOD;/ 驅(qū)動 CNT 計數(shù)器的時鐘 = Fck_/(psc+1)

16、TIM_TimeBaseStructure.TIM_Pr caler= MSD_PULSE_TIM_PSC;/ 時鐘分頻因子 ，配置死區(qū)時間時需要用到TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivi/ 計數(shù)器計數(shù)模式，設(shè)置為向上計數(shù)=TIM_CKD_DIV1;30 / 38474849505152535455565758596061626364656667686970717273747576777879808182TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;/ 重復(fù)計數(shù)器的值，最大值為 255/TIM_

17、TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0;/ 初始化定時器TIM_TimeBaseInit(MSD_PULSE_TIM, &TIM_TimeBaseStructure);/*-輸出比較結(jié)構(gòu)體初始化*/TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;/ 配置為模式 2TIM_OCIni tructure.TIM_OCMode =/ 輸出使能TIM_OCInitStructure.TIM_OutputS/ 互補輸出禁能TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNS/ 設(shè)置占空比大小TIM_OCMode_2;e

18、= TIM_OutputSe_Enable;e = TIM_OutputNSe_Disable;TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = MSD_PULSE_TIM_PERIOD/2;/ 輸出通道電平極性配置TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;/ 輸出通道空閑電平極性配置TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleSe = TIM_OCIdleSe_Reset;MSD_PULSE_OCx_Init(MSD_PULSE_TIM, &TIM_OCInitStructure);/使能 T

19、IM1_CH1 預(yù)裝載寄存器MSD_PULSE_OCx_PreloadConfig(MSD_PULSE_TIM, TIM_OCPreload_Enable);/使能 TIM1 預(yù)裝載寄存器TIM_ARRPreloadConfig(MSD_PULSE_TIM, ENABLE);/設(shè)置中斷源，只有溢出時才中斷TIM_UpdateReq/ 清除中斷標志位onfig(MSD_PULSE_TIM,TIM_UpdateSource_Regular);TIM_ClearITPendingBit(MSD_PULSE_TIM, TIM_IT_Update);/ 使能中斷TIM_ITConfig(MSD_PULS

20、E_TIM, TIM_IT_Update, ENABLE);/ 使能計數(shù)器TIM_Cmd(MSD_PULSE_TIM, DISABLE);MicroStepDriver.h 頭文件主要定義驅(qū)動步進電機所需脈沖的定時器和它對應(yīng)的輸出通道引腳。方向信號引腳，脫機信號引腳。MicroStepDriver.c 程序中控制 STM32 使用 TIM2 定時器采用中斷的方式產(chǎn)生脈沖，定時器的周期設(shè)定為 10us,占空比為 50%。使能溢出中斷，使能計數(shù)器。以給定的步數(shù)、度、度、最大速度移動步進電機。代碼見代碼4-2。代碼4-2 移動步進電機代碼（位于 MicroStepDriver.c）1 /*!brie

21、f 以給定的步數(shù)移動步進電機通過計算到最大速度，以給定的步數(shù)開始23456789101112131415*/如果paramparamparamparam度和 step accel decel speed度很小，步進電機會移動很慢，還沒達到最大速度就要開始移動的步數(shù) (正數(shù)為順時針，負數(shù)為逆時針).度,如果取值為 100，實際值為 100*0.01*rad/sec2=1rad/sec2度,如果取值為 100，實際值為 100*0.01*rad/sec2=1rad/sec2最大速度,如果取值為 100，實際值為 100*0.01*rad/sec=1rad/secvoid MSD_Move(sign

22、edstep, unsignedaccel, unsigneddecel, unsignedspeed)/達到最大速度時的步數(shù).unsigned/必須開始 unsignedmax_s_lim;的步數(shù)(如果還沒accel_lim;到達最大速度時)。31 / 38/ 根據(jù)步數(shù)的正負來判斷方向if (step 1);/使能定時器 TIM_Cmd(MSD_PULSE_TIM, ENABLE);/步數(shù)不為零才移動else if (step != 0) /的驅(qū)動器用戶手冊有詳細的計算及推導(dǎo)過程/ 設(shè)置最大速度極限, 計算得到 min_delay 用于定時器的計數(shù)器的值。/ min_delay = (alp

23、ha / tt)/ w srd.min_delay = A_T_x100 / speed;/ 通過計算第一個(c0) 的步進延時來設(shè)定度，其中 accel為 0.01rad/sec2/ step_delay = 1/tt * sqrt(2*alpha/accel)/ step_delay = ( tfreq*0.676/100 )*100 * sqrt( (2*alpha*10000000000) / (accel*100) )/10000srd.step_delay = (T1_FREQ_148 * sqrt(A_SQ / accel)/100;/ 計算多少步之后達到最大速度的限制/ max

24、_s_lim = speed2 / (2*alpha*accel)max_s_lim = (long)speed*speed/(long)(long)A_x20000*accel)/100);/ if如果達到最大速度小于 0.5 步，四舍五入為 0但實際須移動至少一步才能達到想要的速度(max_s_lim = 0) max_s_lim = 1;計算多少步之后須開始/n1 = (n1+n2)decel / (accel + decel)accel_lim = (long)step*decel) / (accel+decel);/ if須至少 1 步才能才能開始.(accel_lim accel_

25、lim= 0) = 1;/使用限制條件可以計算出第一次開始的位置/srd.decel_val 為負數(shù)if (accel_lim = max_s_lim) srd.decel_val = accel_lim - step; else srd.decel_val = -(long)(max_s_lim*accel/decel);32 / 388081828384858687888990919293949596979899100101102103104105106107/ if當(dāng)只剩下一步(srd.decel_val srd.decel_val須= 0) = -1;/計算開始時的步數(shù)srd.dece

26、l_start = step + srd.decel_val;/ 如果最大速度很慢， if (srd.step_delay srd.step_delay就不需要進行運動1);/使能定時器 TIM_Cmd(MSD_PULSE_TIM, ENABLE);MSD_Move(signedstep, unsignedaccel, unsigneddecel, unsignedspeed)函數(shù)作用是用戶輸入固定的步數(shù)、度、度、最大速度四個參數(shù)；然后計算出運動速度曲線，根據(jù)步數(shù)的正負來判斷電機的方向；根據(jù)式（422）用最大速度來計算脈沖之間的最小延時對應(yīng)定時器的計數(shù)值；根據(jù)式（425）計算出度的定時器計數(shù)值

27、。根據(jù)式（426）用度和最大速度計算出到達最大速度是的步數(shù)；根據(jù)式（427）用步數(shù)、度和度計算必須開始的步數(shù)；根據(jù)給定的參數(shù)可以計算出電機是否能加速到最大速度就要開始，選擇式（428）或者式（428）來計算距離。所有數(shù)據(jù)設(shè)置完畢后就啟動定時器。產(chǎn)生脈沖定時器的中斷響應(yīng)程序，每走一步都會重新計算運動狀態(tài)。代碼見代碼4-3。代碼4-3 定時器中斷服務(wù)函數(shù)代碼（位于 MicroStepDriver.c）123456789101112131415161718/*brief產(chǎn)生脈沖定時器的中斷響應(yīng)程序，每走一步都會計算運動狀態(tài)*param無*retval無*/void MSD_PULSE_TIM_IRQ

28、Handler(void)/ 保存下一個延時周期unsignednew_step_delay;/過程中最后一次延時.siclast_accel_delay;/ 移動步數(shù)計數(shù)器sic unsignedstep_count = 0;new_step_delay 中的余數(shù)，提高下一步計算的精度/33 / 3819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364656667686970717273747576777879808182838485sic signedrest

29、 = 0;if(TIM_GetITS/* Clear Mus(MSD_PULSE_TIM, TIM_IT_Update) != RESET) PULSE_TIM Capture Compare1errupt pending bit*/_Update);TIM_ClearITPendingBit(MSD_PULSE_TIM, TIMMSD_PULSE_TIM-CCR4=srd.step_delay 1;/周期的一半 MSD_PULSE_TIM-ARR=srd.step_delay;/如果 if (ssrswitch輸出，電機則停止運動us.out_ena != TRUE |sus.estop =

30、 TRUE) .run_se = STOP;(srd.run_se) case STOP:step_count = 0;rest = 0;/ Stop Timer/Counter 1. MSD_PULSE_TIM-CCER &= (1CCER |= 1= srd.decel_start) srd.accel_count = srd.decel_val;srd.run_se = DECEL;/檢查是否到達期望的最大速度else if (new_step_delay CCER |= 1= srd.decel_start) srd.accel_count = srd.decel_val;/ 以最后一

31、次的延時作為開始的延時new_step_delay = last_accel_delay;srd.run_se = DECEL;break;case DECEL:MSD_PULSE_TIM-CCER |= 1= 0) srd.run_se = STOP;break;srd.step_delay = new_step_delay;中斷服務(wù)函數(shù)中，使用一個狀態(tài)機根據(jù)速度的四個狀態(tài)來計算運動軌跡。根據(jù)式（430）和式（431）計算得出和時每一步需要脈沖的時間間隔。串口中斷服務(wù)函數(shù)中調(diào)用 DealSerialData 函數(shù)用作處理串口接收到的指令，4-4。代碼見代碼4-4 USART1 串口接收數(shù)據(jù)處

32、理代碼（位于 MSD_test.c 文件）代碼1 /* 23456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051*brief處理串口接收到的數(shù)據(jù)*param無*retval無*/void DealSerialData(void)s/ s/ s/ s/ sic char showflag =1;umber ic cce ic ece ic pee icof steps to move. steps = 40000;tion to use. acceleration =

33、32000;ation to use. deceleration = 32000;o use.speed = 3000;acc_temp=0; dec_temp=0; speed_temp=0;/ chals if the received string was kCmd = FALSE;a validd.if(showflag) showflag = 0;ShowData(stepition, acceleration, deceleration, speed, steps);/ ifIf (s iad is received, check the= TRUE) UART_RxBuffer0

34、 = m) / Move with.if (UART_RxBuffer1 = ) / .number of steps given.d and act on it.steps = atoi(char const *)UART_RxBuffer+2); MSD_Move(steps, acceleration, deceleration, speed); okCmd = TRUE;pr elseiff(nr ); (UART_RxBuffer1 = o) (UART_RxBuffer2 = v) if (UART_RxBuffer3 = e) / if.all parameters given

35、(UART_RxBuffer4 = ) i = 6;ps = atoi(char const *)UART_RxBuffer+5);while (UART_RxBufferi != ) & (UART_RxBufferi != 13) i+;i+;acceleration = atoi(char const *)UART_RxBuffer+i);35 / 3852535455565758596061626364656667686970717273747576777879808182838485868788899091929394959697989910010110210310410510610

36、7108109110111112113114115116117118while (UART_RxBufferi != ) & (UART_RxBufferi != 13) i+; i+;deceleration = atoi(char const *)UART_RxBuffer+i);while(UART_RxBufferi != ) & (UART_RxBufferi != 13) i+; i+;speed = atoi(char const *)UART_RxBuffer+i); MSD_Emergency_Stop(DISABLE);MSD_Move(steps, acceleration, deceleration, speed); okCmd = TRUE;prf(nr );else/ ifif (UART_RxBuffer0 = a) Set acceleration. (UART_RxBuffer1 = ) acc_temp = atoi(char const *)UART_Rx