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。
      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。
9 x: c9 v0 _% n" E* f" J! r8 f
' p  g2 r* q4 A* O; W& S

初始化程序如下参考：
//TMC5160 SET       
! M6 V/ |  ^9 T7 e; s        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
9 m/ }$ K+ Q* ~) \7 z        sendData(0x80,0x00000004);        //PAGE27:EN_PWM_MODE=1，使能
( T- [/ t; K  Y& q( {& o/ r- q        sendData(0xF0,0x000C0000);        //PAGE43WMCONF
        sendData(0x93,0x000001F4);        //PAGE33:TPWM_THRS=500,对应切换速度35000=ca.30RPM       
        sendData(0xA4,6000);             //PAGE35:A1=6000 第一阶段加速度
        sendData(0xA5,150000);             //PAGE35:V1=150000加速度阀值速度V1
4 d* D7 y, {4 M, p$ T9 m' O# k        sendData(0xA6,3000);             //PAGE35:AMAX=3000大于V1的加速度        
( \- {& W! s5 }1 V- j8 Q8 q8 h. O' ?+ }        sendData(0xA7,600000);             //PAGE35:VMAX=600000      
        sendData(0xA8,4200);                        //PAGE35MAX=4200大于V1的减速度
! B3 _/ V# A+ `' U/ c4 O% c" v        sendData(0xAA,8400);             //PAGE351=8400小于V1的减速度
        sendData(0xAB,10);                     //PAGE35:VSTOP=10停止速度，接近于0

初始化程序如下参考：
+ R% X$ X& k0 E/ a# o7 ^4 Y' [: I        //TMC5160 SET       
        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  
; y! P/ M) w/ ?        sendData(0x91,0x0000000A);  //PAGE33:TPOWERDOWN=10:电机静止到电流减小之间的延时
        sendData(0x80,0x00000004);        //PAGE27:EN_PWM_MODE=1，使能
        sendData(0xF0,0x000C0000);  //PAGE43WMCONF
( s( u' f: F$ D$ v+ Q        sendData(0x93,0x000001F4);  //PAGE33:TPWM_THRS=500,对应切换速度35000=ca.30RPM
        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
1 @9 s: C: p7 P" q$ B        sendData(0xA6,5000);       //PAGE35:AMAX=500大于V1的加速度        
        sendData(0xA7,20000000);   //PAGE35:VMAX=200000      
; n$ o; t6 F% S$ B1 e2 C        sendData(0xA8,7000);                  //PAGE35MAX=700大于V1的减速度
+ }% T3 X2 U5 H9 E        sendData(0xAA,14000);     //PAGE351=1400小于V1的减速度
3 A1 ~) I3 u) O/ G        sendData(0xAB,100);       //PAGE35:VSTOP=10停止速度，接近于0       
        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：
          /* USER CODE BEGIN 2 */
        SubdivisionSet(32);                //细分设置为32
        ISet();                                        //电流设置
( Y8 e8 x# ~: P+ q# V$ l        HAL_GPIO_WritePin(STEP_GPIO_Port,STEP_Pin, GPIO_PIN_SET);
" S5 ]. s" ?" U2 e                                                                //STEP设置为高
        HAL_GPIO_WritePin(CFG5_GPIO_Port,CFG5_Pin, GPIO_PIN_RESET);
                                                                //CFG5设置为低
& a  H, c5 t5 N5 I( P        HAL_GPIO_WritePin(CFG6_GPIO_Port,CFG6_Pin, GPIO_PIN_SET);
+ q1 ^- D  w$ T! ?                                                                //CFG6设置为高,保持电流减半
! i  ]4 B' _! u! a  /* USER CODE END 2 */

& w9 t% i. _5 F' c$ [7 ]

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Kevin201707 发表于 2020-3-13 10:34
( g7 \; {) W* L8 ]' [收藏，多谢！

- W5 k" ^3 ?2 J' x0 M0 \感谢支持

jeffhe1 发表于 2020-3-13 11:30
4 X: d7 j/ _; l6 M. r% d4 {感謝分享 , 收藏學習中

& C4 ^" q( b/ r, a感谢支持

6 c8 W* C0 a2 X7 C) z# f已更新教程

8 O: [/ D0 ?* J0 u5 i
3 i/ m) |2 h$ s" m( `' _3 Z

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。

) ?/ e/ w$ ^, d; V2 \& ^' g9 {0 e

参数及特点：

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 c" p3 _; x8 o: l( q# W3 H( t3、运动控制器，具有 sixPointfile:///C:/Users/DELL/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif 斜坡
4、步进/方向接口具有微步插值 microPlyerfile:///C:/Users/DELL/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif
& l2 x3 I* e3 K. I. r. D% N) m  `5、电压范围8VDC至60VDC
6、SPI和单线UART
7、编码器接口和两个基准开关输入
$ g/ y$ G* I- Z2 A- B" c8、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
11、spreadCycle高动态电机控制斩波器
$ {% Y4 G& T7 Y# y6 P12、dcStepfile:///C:/Users/DELL/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif负载相关速度控制
. E$ ?+ L9 X. O13、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
* P1 v# g& {- M& P( l14、coolStepfile:///C:/Users/DELL/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif电流控制，可实现高达75%节能
7 H# f1 k' T: x+ {2 c! r15、无源制动和续流模式
3 T' o/ x- X5 q2 `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
1 g! r$ l$ u( m( L2 {3 ]2、纺织、缝纫机
, f: S6 P& S6 E, f3 g. K. ^0 e% e0 G3、包装机械
4、工厂和实验室自动化
4 }4 Z) \0 J$ ?( d2 t4 c3 J3 [5、高速 3D 打印机
  Q, [5 I/ }% i3 |) ?9 w9 j6、液体处理
1 ~# c, V8 Q, V0 Y0 |1 O7、医疗
+ _7 f" r( D! v2 u! Q9 w8 r1 N8 E) u8、办公自动化
5 {. S: @0 M' n9、有线闭路电视
10、自动取款机、现金回收
% J! K% z" J6 o& F& S8 |5 z! T11、泵和阀门
* Y  f% Z7 H( C" N+ Z; N
" y  z! f- U$ z+ s3 s

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：

主芯片部分：

补充说明：
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
VCC：使用芯片内部5V输出电源；
: M' p) B' f1 hVCC_IO电源：使用外部5V电源；
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；
5 c2 a, N3 c  r! k2 w

电源及接电机接口部分如下图：

( L4 `. _0 b* `2 g" a6 b2 m

1 T2 Z5 L- u6 |! F( E! j6 ~

补充说明：

5 o' D# j- O+ n) ?

母线电容CE1选择：一般是1A对应100uF左右（有条件的尽可能大）；

电源保护：有条件的最好加防反接、TVS保护、以及保险丝等；

8 ^2 u" ]/ A/ L+ N4 g* Z; @7 F

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

, n8 B& A$ Y0 d8 ]- v7 e* L

SPI接口：

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；

MOS驱动电路：