套件概述

本文檔的目標(biāo)是提供關(guān)于使用STM32CubeMX驅(qū)動低壓步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器STSPIN220的詳盡信息和操作指南。通過本文檔，將深入了解如何利用STM32CubeMX來配置電機(jī)驅(qū)動器，以及如何實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的精確控制和運(yùn)動。

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STSPIN220描述

STSPIN220是一款專為步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)的高度集成型芯片，其獨(dú)特的特性和功能使其在小型VFQFPN 3 x 3 x 1.0 mm封裝中融合了控制邏輯和低RDS(on)功率級，為電機(jī)控制領(lǐng)域提供了出色的解決方案。
集成的控制邏輯和低RDS(on)功率級： STSPIN220集成了高效的控制邏輯和低RDS(on)功率級，這意味著它能夠以高效的方式驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)更低的能耗和更高的性能。
微步進(jìn)分辨率和PWM電流控制： 該芯片內(nèi)置的控制器充分利用了固定關(guān)斷時間和高達(dá)1/256步進(jìn)的微步進(jìn)分辨率，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的PWM電流控制。這意味著可以實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動控制，從而滿足不同應(yīng)用的需求。
電池供電和零功耗模式： STSPIN220的設(shè)計(jì)兼顧了電池供電場景，可以強(qiáng)制進(jìn)入零功耗狀態(tài)，從而在電池供電情況下延長電池的使用壽命。這在移動設(shè)備和便攜式應(yīng)用中尤為有用。
全套保護(hù)機(jī)制： 該芯片提供了全面的保護(hù)機(jī)制，包括過電流保護(hù)、過溫保護(hù)和短路保護(hù)等。這些保護(hù)機(jī)制能夠確保步進(jìn)電機(jī)在各種異常情況下保持穩(wěn)定和安全運(yùn)行，有效保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。
綜上所述，STSPIN220作為一款專為步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)的芯片，在小型封裝中融合了多種先進(jìn)功能。它通過集成的控制邏輯、微步進(jìn)分辨率和全套保護(hù)機(jī)制，為步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用提供了高效、精確和安全的驅(qū)動解決方案，適用于各種應(yīng)用領(lǐng)域，從工業(yè)自動化到便攜式設(shè)備。無論是節(jié)能、精密控制還是延長電池壽命，STSPIN220都能夠?yàn)轫?xiàng)目帶來可靠的性能和出色的效果。

STSPIN220所有功能

STSPIN220作為一款專為步進(jìn)電機(jī)而設(shè)計(jì)的芯片，具備多項(xiàng)卓越特性，為電機(jī)控制領(lǐng)域提供了高度可靠的解決方案：
寬范圍工作電壓： STSPIN220支持廣泛的工作電壓范圍，從1.8V至10V，這意味著它適用于各種不同電源供應(yīng)場景，從低電壓到標(biāo)準(zhǔn)電壓范圍。
高輸出電流能力： 最大輸出電流1.3 Arms使STSPIN220能夠驅(qū)動具有較高電流需求的步進(jìn)電機(jī)，確保電機(jī)能夠以足夠的力量進(jìn)行運(yùn)動。
低RDS(ON)值： 芯片的高低側(cè)電流傳感器及MOSFET具有低RDS(ON)值，僅為0.4Ω（典型值）。這將減少功耗和熱量損耗，提升電機(jī)的效率和性能。
精細(xì)的微步進(jìn)控制： STSPIN220能夠?qū)崿F(xiàn)每次步進(jìn)高達(dá)1/256的微步進(jìn)，這使得步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動變得更加平滑和精準(zhǔn)，適用于需要高精度控制的應(yīng)用。
電流控制通過可編程關(guān)斷時間： 芯片利用可編程關(guān)斷時間來實(shí)現(xiàn)電流控制，這可以根據(jù)應(yīng)用需求調(diào)整電機(jī)的電流，以獲得最佳性能。
全套保護(hù)機(jī)制： STSPIN220提供全面的保護(hù)機(jī)制，包括非耗散性過電流保護(hù)、短路保護(hù)和熱關(guān)斷。這些保護(hù)機(jī)制確保在異常情況下電機(jī)驅(qū)動器和步進(jìn)電機(jī)都能夠安全運(yùn)行。
極低待機(jī)耗電量： 該芯片的待機(jī)模式耗電量不足80 nA，這使得它非常適合在需要節(jié)能和延長電池壽命的應(yīng)用中使用。

綜上所述，STSPIN220以其廣泛的工作電壓范圍、高輸出電流能力、微步進(jìn)控制、電流控制方式、保護(hù)機(jī)制以及低待機(jī)耗電量，為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動提供了一種先進(jìn)的解決方案。無論是在性能、效率還是電源管理方面，STSPIN220都為步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用帶來了出色的表現(xiàn)和可靠性。

基礎(chǔ)配置

對于小電流電機(jī)，R10改為10K以下，這里設(shè)置為5.1k

REF

REF為參考電壓，最大范圍是-0.3-1V

電流配置

下圖有配置公式。

可以看到R_SNS為0.68R，若設(shè)置200mA，那么V_REF=0.68R*200MA=136mV,和上面說的V_REF=136mV相符。

細(xì)分配置

STSPIN最高提供了256細(xì)分的操作，具體配置如下所示。

IO配置

查看原理圖，主要有6個IO需要配置。
分別是STBY、EN、MODE1、MODE2、MODE3、MODE4。

IO說明如下所示。
其中ENFAULT為使能管腳，需要配置為開漏輸出。
使能高電平時候STSPIN220正常工作。


下圖為設(shè)置細(xì)分示意圖。STBY是STSPIN220驅(qū)動器中的一種狀態(tài)，表示待機(jī)狀態(tài)（Standby）。在待機(jī)狀態(tài)下，驅(qū)動器可能會降低功耗，停止執(zhí)行步進(jìn)操作，以便在不需要進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動時節(jié)省能源。當(dāng)驅(qū)動器從待機(jī)狀態(tài)退出時，會獲取MODE輸入的值。需要注意的是MODE1和MODE2都為低電平時候強(qiáng)制為全步模式。

啟動時序圖如下所示，具體有如下幾個步驟。

1. 上電：首先，將驅(qū)動器供電，即將VS供電電壓連接到驅(qū)動器。但是保持STBY和EN/FAULT輸入都處于低電平狀態(tài)。
2. 設(shè)置MODEx輸入：根據(jù)目標(biāo)步進(jìn)分辨率（可以參考Table 1），設(shè)置MODEx輸入引腳的狀態(tài)。這些引腳決定了步進(jìn)電機(jī)的微步運(yùn)動模式。
3. 等待：等待至少1微秒（t MODEsu 最小時間）。這個等待時間是確保MODEx輸入被穩(wěn)定設(shè)置的時間。
4. 將STBY引腳置高：將STBY引腳設(shè)置為高電平。這將導(dǎo)致之前設(shè)置的MODEx配置在設(shè)備內(nèi)部被鎖存。
5. 等待：再等待至少100微秒（t MODEho 最小時間）。這個等待時間是確保MODEx配置被正確鎖存的時間。
6. 啟用電源級：釋放EN/FAULT輸入，使電源級開始工作。這意味著驅(qū)動器已經(jīng)準(zhǔn)備好執(zhí)行步進(jìn)操作。
   通過按照這個推薦的上電順序和設(shè)置過程，您可以確保在驅(qū)動器開始工作之前，各個輸入的狀態(tài)都穩(wěn)定，并且微步模式配置正確地被鎖存，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的精確控制。這個過程有助于減少潛在的啟動問題和不穩(wěn)定性。

具體配置如下所示。

STSPIN220使能、低功耗、方向初始化如下所示。

//使能操作 1使能0失能
void STSPIN220_enable(uint8_t enable)
{
	if(enable)
		HAL_GPIO_WritePin(en_GPIO_Port, en_Pin, 1);
	else
		HAL_GPIO_WritePin(en_GPIO_Port, en_Pin, 0);

}

//方向設(shè)置 0反1正
void STSPIN220_setDirection(uint8_t direction)
{
	if(direction)
		HAL_GPIO_WritePin(mode4_GPIO_Port, mode4_Pin, 1);		
	else
		HAL_GPIO_WritePin(mode4_GPIO_Port, mode4_Pin, 0);		
}
//低功耗模式 1使能0失能
void STSPIN220_Stby(uint8_t stby)
{
	if(stby)
		HAL_GPIO_WritePin(stby_GPIO_Port, stby_Pin, 0);		
	else
		HAL_GPIO_WritePin(stby_GPIO_Port, stby_Pin, 1);	


}

定時器配置

STM32CUBEMX中，選擇定時器1，并將其配置為PWM輸出模式。確保選擇了正確的定時器通道（通道4）。

配置定時器1的時鐘源和預(yù)分頻因子。根據(jù)應(yīng)用的要求和系統(tǒng)時鐘頻率，選擇適當(dāng)?shù)臅r鐘源和預(yù)分頻因子，以獲得所需的脈沖頻率。將定時器1的時鐘源和預(yù)分頻因子配置為適合您的應(yīng)用的值。
PWM頻率計(jì)算如下所示。

在上述配置中，將定時器1的預(yù)分頻系數(shù)設(shè)置為48-1，自動重載值設(shè)置為1000-1。根據(jù)這些配置，PWM的頻率可以計(jì)算為48,000,000 / ((48-1+1) * (1000-1+1)) = 1000Hz，即1kHz。
在定時器中，通道的 "pulse"（脈沖）是指定時器輸出的信號的一種特性。每個定時器通道都可用于生成脈沖信號，而 "pulse" 通常指的是單個脈沖的持續(xù)時間。在這種設(shè)置中，我們將脈沖的占空比配置為50%，因此設(shè)置為500-1。

初始化mode

由于需要對mode進(jìn)行初始化，主要操作為4個IO口，所以需要先對mode3管腳進(jìn)行IO初始化為普通IO，后續(xù)切換為TIM模式。

/* USER CODE BEGIN 4 */
void MX_GPIO_Init_mode3(void)
{

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

  /*Configure GPIO pin Output Level */
  HAL_GPIO_WritePin(mode3_GPIO_Port, mode3_Pin, GPIO_PIN_RESET);

  /*Configure GPIO pins : PAPin PAPin PAPin PAPin
                           PAPin */
  GPIO_InitStruct.Pin = mode3_Pin;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

}

/* USER CODE END 4 */

注意需要聲明一下函數(shù)。

/* USER CODE BEGIN 0 */
void MX_GPIO_Init_mode3(void);
/* USER CODE END 0 */

同時定時器初始化需要關(guān)閉。

在初始化完畢mode3之后需要進(jìn)行en和stby設(shè)置，具體如下所示。

/* USER CODE BEGIN 2 */
	MX_GPIO_Init_mode3();
	HAL_Delay(100);

	STSPIN220_SetStepMode(0);//mode1-mode4都關(guān)閉
	STSPIN220_enable(0);//使能操作 1使能0失能
	STSPIN220_Stby(1);//低功耗模式 1開啟低功耗0關(guān)閉低功耗
	HAL_Delay(100);

	STSPIN220_SetStepMode(2);//細(xì)分操作
	STSPIN220_Stby(0);//低功耗模式 1開啟低功耗0關(guān)閉低功耗，加載mode
	HAL_Delay(100);//等待電平穩(wěn)定
	STSPIN220_setDirection(1);//0反1正
	HAL_Delay(100);//等待電平穩(wěn)定
	STSPIN220_enable(1);//使能操作 1使能0失能
	HAL_Delay(100);
	
    MX_TIM1_Init();
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_4);

  /* USER CODE END 2 */

審核編輯：湯梓紅