使用STM32控制TMC5160驅動步進電機

首先先來了解一下TMC5160的3種工作模式

TMC5160通過兩個引腳來控制它的工作模式：SD_MODE和SPI_MODE。

1、當SD_MODE接地，SPI_MODE拉高，TMC5160即工作在模式1（SPI控制模式）。在該模式下，使用者通過SPI介面來設定TMC5160的暫存器。

TMC5160使用自己的梯形曲線發生器來控制步進電機轉動，使用者需要設定：開始運動速度VSTART、第一段折線末速度V1、最大速度VMAX、停止速度VSTOP、第一段折線的加速度A1、第二段折線加速度AMAX、第四段折線的減速度DMAX、第五段折線的減速度D1。把上面的引數設定好，再設定工作模式：速度模式和位置模式。最後再設定目標位置。

如果是速度模式執行，不需要設定目標位置，電機就會開始轉動。如果是位置模式，則需要設定目標位置，且目標位置與電機當前位置值不同電機才會轉動。下圖中的紅線是電機的實際速度，不管是速度模式還是位置模式，電機的執行過程會按照下圖來進行。

2、當SD_MODE接高電平，SPI_MODE拉高，TMC5160工作在模式2（SPI+S/D）。在該模式下，使用者通過SPI介面來設定TMC5160的暫存器。TMC5160的功能和DRV8825類似，外界通過脈衝和方向引腳來控制步進電機運動。

3、當SD_MODE接高電平，SPI_MODE接地，TMC5160工作在模式3（S/D獨立模式）。在該模式下，SPI介面失能，TMC5160的工作狀態由CFG引腳設定，外界通過脈衝和方向引腳來控制步進電機運動。TMC5160可以完全獨立工作，不需要接CPU。

目前是實現電機的簡單轉動，下面將用模式三來控制電機。

該模式下不需要通過SPI通訊，設定相關GPIO引腳和傳送頻率一定的正弦波即可。TMC5160的GPIO和STM32的引腳對應如下表：

先將SD_MODE接地，SPI_MODE拉高（PB1=1,PB=0），進入獨立模式。

其它引腳的引數可以參考TMC5160資料手冊根據自己的需求進行設定。初始化程式如下：

void TMC5160_Init3(void)                 //模式三獨立模式
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;

    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();                   //開啟GPIOB時鐘
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();                   //開啟GPIOA時鐘
      
    GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_8;                                
    GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;          //推輓輸出
    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;          //推輓輸出
    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);      
}

然後PA8需要輸出PWM方波，方波的頻率決定電機轉動速度，可以用PWM通道的方式搞定，也可以用定時器中斷來做，這邊採用定時器中斷的方法，

例如，STM32F103的時脈頻率為72M，分頻設為72，裝載值設為500，每0.5ms中斷一次，PA8電平取反，1KHZ的方波就完成了。頻率可以改變。程式如下：

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

        if(COUNT>=6400)
        {
            //HAL_NVIC_DisableIRQ(TIM3_IRQn);
            LED=1;                  //轉一圈，停2s後繼續
            delay_ms(2000);
            LED=0;
            COUNT=0;
        }
    }
}

實現的功能是讓電機轉1圈後停2s後繼續。

採用四相電機，脈衝數控制電機轉多少，電機步距角位1.8°，一個脈衝轉1.8°，200個脈衝一圈，採用16細分，那麼一圈就需要3200個脈衝。

電機轉動的速度就由脈衝頻率決定，可以根據細分及脈衝頻率來換算電機實際轉速。