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本设计通过对上述开发板进行功能裁剪以及完善应用于具体场景中。
文章开源资料将同步上传至Github仓库：
👺https://github.com/NonnettaWu/TMC5160_MotorController
前言
一、混合式步进电机
步进电机按照结构形式可分为永磁式步进电机(PM 型)、混合式步进电机(HB型)和反应式步进电机(VR 型)。永磁式步进电机的转矩和体积较小、成本较低、分辨率较低、步距角较大一般在 7.5°～15°，适合应用在负载较小、精度较低的控制系统中。反应式步进电机转矩较大，但噪声和振动过大。混合式步进电机综合了永磁式和反应式电机的优点，具有分辨率高、转矩较大和调速平滑的特点，适合应用在高精度的机电伺服控制系统中，是目前应用最广泛的步进电机[1]。
混合式双相四线步进电机内部结构如下图所示(图片来源于bilibili:《详解步进电机类型结构与原理，我这个小白都看明白了》)，混合式步进电机由定子和转子两部分组成。常见的定子有8个极，极面上均匀分布一定数量的小齿，其转子也由圆周上均匀分布的一定数量小齿的两块齿片组成，两块齿片相互错开一个齿距。一般定子齿数为48个，转子齿数为50 * 2个。
二、TMC5160
TMC5160是带串行通信接口的高功率步进电机控制驱动芯片，将实现自动目标定位的灵活斜坡发生器和业界最先进的步进电机驱动器结合在一起。通过外置外部晶体管 ，实现高动态 、高扭矩电机驱动 。TRINAMICs 先 进 的spreadCycle 和stealthChop斩波器，驱动器可绝对无噪音的运行，并实现最大效率和最佳电机扭矩控制。高集成度、高能效和小外形尺寸使系统小型化和性能可扩展可行，从而实现经济高效的解决方案。完整的解决方案在实现高性能基础上将学习时间减小到最小[2]。TMC5160实物(TQFP48以及QFN)如下图所示。(图片来源于TMC5160Datasheet.Page1)
TMC5160结构框图如下图所示。(图片来源于TMC5160Datasheet.Page1)TMC5160 运动控制和驱动芯片是 CPU和大功率步进电机之间的智能功率接口器件。所有步进电机逻辑完全在 TMC5160内,不需要软件来控制电机——只需提供目标位置。TMC5160提供了许多独特的增强功能，这些功能通过集成的控制驱动器得以实现。
TMC 5160提供三种基本操作模式:
模式 1: 全功能运动控制和驱动器
所有步进电机逻辑完全在 TMC5160内。不需要软件来控制电机——只需提供目标位置。SD_ MODE接地使能此模式。
模式 2: 脉冲和方向驱动器
外部高性能运动控制器或MCU产生与系统内其他部件（如电机）同步的脉冲和方向信号。TMC5160控制电流和运动模式，并反馈电机状态。microPlyer自动平滑运动。SD _ MODE接高电平使能此模式。
模式 3: 简单的步进和方向驱动器
TMC 5160根据步进和方向信号控制电机。SPI_MODE接地，SD_MOD接高电平使能此模式。[2]
三、硬件系统设计
硬件电路设计参考“三三智控”产品提供PCB资料以及TMC5160官方提供的参考手册“三三智控”产品PCB资料将同步上传至Github仓库
3.1 硬件总体架构
各功能模块详细信息如下：[3]
MCU模块：STM32F103C8T6；
电源模块：24V电机供电、5V稳压电路、3.3V元器件供电；
通讯模块：USB通讯；
电机控制模块：通过SPI配置TMC5160按照设定的目标位置和目标速度自动运行各种实时关键任务;
存储模块：AT24C256存储配置信息；
磁编码模块：TLE5012B监测电机位置；
步进电机：混合式双相四线步进电机。(实验选用正点原子店铺电机）
3.2 MCU模块
MCU选用STM32F103C8T6，详细开发请参考数据手册。
网络标签说明[4]：
IFA、IFB、IFC：磁编码模块；
SPI1_NSS、SPI1_CLK、SPI1_MISO、SPI1_MOSI：SPI1；
TXD、RXD：USB通讯；
JTMS、JTCK：SWD下载；
OSC_IN、OSC_OUT：外部时钟源；
NRST：复位；
M_EN：使能TMC5160控制电机；
PB8、PB9：EEPROM存储；
SPI2_NSS、SPI2_CLK、SPI2_MISO、SPI2_MOSI：SPI2；
3.3 电源模块
7805：24V - 5V
AMS1117 5V - 3.3V
3.4 通讯模块
USB通讯模块参考野火霸道开发板，开发板PCB原理图已上传Github仓库。[5]
3.5 TMC5160模块
TMC5060模块参考三三智控开发板，开发板PCB原理图已上传Github仓库。[3]
H桥参考三三智控开发板，开发板PCB原理图已上传Github仓库。[3]
3.6 存储模块
AT24C256存储模块参考野火霸道开发板，开发板PCB原理图已上传Github仓库。[5]
3.7 磁编码模块
TMC5060模块参考三三智控开发板，开发板PCB原理图已上传Github仓库。[3]
四、参考资料
[1]余驰,李健仁,张刚峰.两相混合式步进电机建模与仿真[J].兵工自动化,2016,35(02):48-51+55.
[2]TMC5160_Datasheet.
[3]三三智控开发板_STM32F103_TMC5160_20A原理图
[4]STM32F103C6_Datasheet
[5]野火_F103霸道_原理图_V2.0
五、其他
三三智控开发板实物
本系列文章仅针对淘宝店铺“三三智控”开发板产品作开发说明参考资料由“三三智控”提供且已获得店铺授权使用开源让世界更美好
PCB设计文件会同步上传至Github仓库文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-480918.html
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