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標題: TMC262中文數據手冊(翻譯版下載) [打印本頁]
作者: 對蘇俄匪幫    時間: 2018-8-4 16:36
標題: TMC262中文數據手冊(翻譯版下載)
自己做的翻譯，請大家多多指正。

TMC262數據手冊
通常來說，這款兩相雙極步進電機驅動器有很高的性比價，同時擁有做先進的功能。它外部有合適的MOS管，可以驅動不同尺寸大小的步進電機。擁有STEP/DIR和SPI兩種驅動模式。

  用途
紡織機，縫紉機
工廠自動化
實驗室自動化
液體處理設備
醫療
辦公自動化
打印機和掃描儀
門禁系統
自動取款機
Pos機（銷售終端）
泵和閥門
日光反射控制器
數控機床


特點
使用外部的P管N管使電機電流的最大值達到8A(大電流)
最大值達到60V的直流工作電壓(高壓)
最大細分倍數為256(高分辨率)
芯片是5*5mm QFN32的封裝(最小的尺寸)
使用同步整流算法(低功耗)
門驅動控制斜率和電流(合適的磁場干擾)  

過流,短路,過溫和欠壓保護(保護和診斷功能)
無傳感器負載檢測電路(拖延保護)
自適應電流控制節能達75%（智能節能）
修改微細分的值增加電機輸出電流的平滑度（微細分）
高精度斬波使電機擁有最好的正弦波波形和良好的過零點（擴張周期）


說明
TMC262驅動器是一款兩相步進電機驅動器。它有在工業上處于領先地位的設置，包括高分辨率的微分，無傳感器負載檢測，自適應電流算法，低共振斬波運算和標準的SPI和STEP/DIR通訊接口。TMC262驅動器有四個外置的P&N管，電機有達到8A的最大電流和達到60V的最大直流工作電壓。有完善的保護診斷電路，這使得電機能夠安全可靠的運行。
高度集成化，高效的能量利用率以及外部組件小型化設計（小型封裝的元器件）使得該驅動器成本大大的降低，與其他同類型產品相比有極大的競爭力。

實例：
高功率和小尺寸

TMC262驅動器在功率利用效率和功能的多樣化很是可圈可點，可以應用于不同的領域和不同型號的步進電機，同時降低了生產成本。在芯片，PCB硬件以及高效的軟件設計水平的支持下加快了設計周期和銷售速度，擁有強大的市場競爭力。TRINAMIC的智能節能技術提高了能源利用效率，進一步節省了成本。

STEPROCKER

相比于傳統的熱傳遞冷卻，它能夠滿足所有的冷卻要求。通過論壇，應用軟件，原理圖，開放的工程來源和演示函數等方式，運動控制體系支持STEPROCKER。

TCMC模塊能夠驅動11號步進電機

這個微型步進電機驅動器有1.2A輸出功率并且能夠直接安裝在28號步進電機上。小型尺寸封裝的雙MOS管使得驅動器有一個非常緊湊和靈活的PCB布局。

TMC262開發平臺評估

這個測試版是一個基于TMC262的開發平臺。
在個人電腦上運行控制軟件，可以了解到它在USB和RS232串口通信是很有特點的。
在40V的直流工作電壓，外置的MOS管的驅動電流能達到6A。
它的控制軟件規定了一個很好用的用戶界面。在這個界面中你可以設置控制參數并且使電機的動態響應可視化。
電機運動可以通過外部的信號源和輸入信號得到控制。

目錄
10.1先斷后通邏輯
10.2ENN輸入
10.3斜率控制
11  診斷和保護
11.1短路檢測
11.2開路負載檢測
11.3過溫檢測
11.4欠壓檢測
12  供電時序
13  系統時鐘
13.1頻率選擇
14  mos管實例
15  外部電源
16  布線考量
16.1采樣電阻
16.2裸板
16.3電源濾波
16.4布線實例
17  極限參數
18  電氣特性
18.1操作范圍
18.2直流和交流的范圍
19  封裝數據
19.1平面尺寸
19.2芯片封裝數據
20  免責聲明
21  靜電敏感設備
22  圖表
23  修訂歷史
24  參考文獻



如上圖1.1所示,TMC262芯片在智能運動控制(μC)與mos管之間，mos管是用來驅動兩相步進電機。拉高后，在TMC262中嵌入式單片機通過SPI串口通訊發送相關的控制參數和模式選擇來完成程序的初始化。單片機可能直接執行運動控制功能，如圖1.1上部分所示，也可能發送指令到運動控制芯片來實現運動控制，如圖1.1下部分TCM439所示。通過STEP接口輸入的脈沖信號，和DIR接口的方向控制信號，運動控制器能夠精確控制運動位置。TMC262有一個微步計數器和正弦列表將這些信號轉化為線圈電流（這些電流控制了電機的位置）。如果單片機要直接實現運動控制功能，就需要在TMC262的SPI接口上輸入線圈電流的值，在這時候STEP/DIR接口的功能會變得無用。這種運行方式需要相應的軟件去跟蹤步進電機的位置并且參考正弦列表去計算線圈電流。為了優化功耗和散熱，可以通過軟件來實時的修改調整智能節能、負載檢測和電流設置的參數，例如在不同的運行模式下，實現電機運行速度和功耗的均衡。運動控制功能是一個硬實時的任務，它對嵌入式單片機的可靠施行和其他任務可能是一種負擔。TMC429卸載了運動控制功能，3個步進電機能夠可靠地實現單片機的少許服務需求。軟件只需要發送目標位置，TMC429就能夠產生精確的脈沖數目。通過SPI總線，軟件就能夠完美的控制TMC262和TMC429芯片的運行。

1.1主要概念
TMC262步進電機驅動器完成了多個高級專利，這些專利是TRINAMIC產品獨有的。在很多步進電機的應用上，這些專利提高精確度，提高能源利用效率，使產品有跟高的可靠性，使運動動作更加流暢，更利于電機的冷卻。
Stallguard      使用線圈的反電動勢進行高精度符合測量
Coolstep       自適應電流控制能降低75%的能源損耗
Spreadcycle     高精度斬波算法有助于代替傳統的固定關斷時間的算法
Microplyer      微細分的內插程序比STEP/DIR接口更有助于提高微步距的平滑度
除了增強這些寄存器性能，TRINAMIC步進電機驅動器也提供安全檢測和防范因短路、開路、超溫、欠壓引起的電機故障，并且加強了發生故障的設備的恢復性。
1.2控制界面
步進電機驅動器有兩種驅動方式，分別是SPI接口控制模式和STEP/DIR接口控制模式。SPI接口用于給芯片寫入控制信息和讀取芯片和電機的狀態信息。必須使用這個接口使步進電機驅動器的相關參數和能夠驅動電機的必要模式初始化。該接口也可以直接設置流經步進電機線圈的電流，同樣的也可以代替使用STEP和DIE信號的步進電機，因此步進電機能夠通過SPI接口單獨控制電機的運動。STEP/DIR接口是一種傳統的步進電機控制接口，用于補充TRINAMIC設計的步進電機驅動器。只使用SPI接口的CPU開銷比查找正弦列表和發出線圈電流的最新值稍微多一些。
1.2.1SPI接口
SPI接口是一個串行通信接口，它和總線的時鐘同步。當上位機發送字節給下位機時，下位機同步的發送字節給上位機。SPI主機和TMC262之間的通信是由20位的命令字節和20位的狀態字節構成。在低速是，SPI的指令速率通常對應這相似的微步速率。在高速時，速度受限于CPU頻帶寬度達到10-100khz,所以應用程序可能需要改變整步時的分辨率。
1.2.2STEP/DIR接口
驅動器默認使用STEP/DIR接口。在上升沿觸發還是雙邊沿觸發不同模式，受到DEDGE位的控制。上升沿觸發模式是雙邊沿觸發模式電機轉速的一半，這樣有利于通信速度慢的接口的通信比如光學隔離接口。每一個觸發的信號邊沿，系統都會從方向信號的高低電平來決定電機是順時針旋轉還是逆時針旋轉。可以選擇整步還是微步，微步的話有整步的1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128、1/256的區分。在微步細分時，由微步驟分辨率控制的量，方向信號低態會增加微步計數器，高臺會減小微步計數器。有一個內部表將計數器的轉換為正弦和余弦值，這個內部表用來控制微步狀態的電機電流。
1.3機械負荷傳感
TMC262 stallguard2提供高分辨率的負載檢測電路通過測量電動勢來確定機械的負載。
除了檢測電機失速之外，這個特性還可以用于在沒有限位開關或近程檢測器時電機的定位。
Coolstep節能機械裝置使用stallguard2減少電機的電流，這個電流的最小值必須滿足電機負載的實際需求。
1.4電流控制
流入電機線圈的電流被用來控制循環斬波模式。有兩種斬波模式：傳統的常系數斬波模式和循環斬波模式。循環斬波模式能提供更加流暢操作和更大的功率效率在大范圍的速度和負載上。
2.1封裝外形

2.2信號描述
名稱
管腳
類型
功能描述
GND
1

數字地 模擬地
13
HA1
2
O (VS)
高端p型mos管輸出   用來驅動VHS去控制mos管的導通和截止
HA2
3
HB1
23
HB2
22
BMA1
5
I (VS)
橋接輸出的檢測輸入  用來短接到地，保護電路。
不用的時候受限于VS
BMA2
4
BMB1
20
BMB2
21
LA1
6
O 5V
低端mos管驅動輸出  用來驅動5VOUT去控制mos管的導通和截止
LA2
7
LB1
19
LB2
18
SRA
8
AI
斬波驅動程序的采樣電阻輸入
SRB
17
5VOUT
9

內部的5V線性穩壓器的輸出。這個電壓用來給低端驅動和內部模擬電路供電。外接一個濾波電容，電容靠近9和13引腳，另一端接地。470nf的陶瓷電容對大部分應用程序是足夠的。或者一個鉭電容（10μF或更多）能夠提高mos管柵極性能。
SDO
10
DO VIO
SPI的數據輸出端（三態）
SDI
11
DI  VIO
SPI的數據輸入端（測試模式的掃描測試輸入端）
SCK
12
DI  VIO
SPI接口的串行時鐘輸入
（在測試模式掃描測試轉變位使能輸入）
CSN
14
DI  VIO
SPI接口的芯片選擇輸入
ENN
15
DI  VIO
禁止使能輸入端 關閉所有mos管
CLK
16
DI  VIO
系統時鐘輸入端。低電平 使用內部時鐘，高電平 禁用內部時鐘知道斷電
VHS
24

高端電源電壓輸入（10v）
VS
25

電機電源電壓
TST_ANA
26
AO VIO
模擬模式的測試輸入端，正常運行時保持常開狀態
SG_TST
27
DO VIO
電機失速保護，高電平有效
GNDP
28

功率管的接地，直接接地
VCC_IO
29

所有數字引腳的電源輸入輸出端，數字邏輯供電，可調3.3v和5v
DIR
30
DI  VIO
方向信號的輸入端，通過隨機抽取的高低電平決定電機的轉動方向，內置的濾波器提供一個60ns的小脈沖信號。
STEP
31
DI  VIO
步進信號輸入端，內置的濾波器提供一個60ns的小脈沖信號。
TST_MODE
32
DI  VIO
測試模式的輸入端使芯片進入測試模式正常狀態常接地

主要功能有：

振蕩器和時鐘選擇器

提供了系統時鐘，（1.片上振蕩器 2.外部信號源）

步進和方向信號接口

使用微步計數器和正弦列表生成目標電流（線圈電流）

SPI接口

接收直接設置線圈電流值的指令

數據選擇器

從正弦列表和SPI接口選擇一種來控制輸入電機線圈的電流

乘法器（倍頻器）

當電流大于電機負載的需求值或者所設計的芯片電流的尺寸參數時，使之按比例減小
數字模擬轉換器和電流比較器
將數字的電流值轉換為模擬信號，用來與采樣電阻上的電壓相比較，當模擬值大于采樣電阻電壓值時，比較器停止輸出斬波驅動電壓

先斷后通門驅動

確保沒有重復的脈沖信號，通過提高脈沖電壓和控制脈沖斜率來關閉功率mos管

片上穩壓器

為驅動器的P溝道mos管柵極和片上數字模擬電路提供高端電壓



4   stallguard2 負載檢測
stallguard2提供了一種可以精確測量電機負載的功能。它可以用于電機的失速檢測，也可以用于檢測負載減小時引起的電機失速，比如當負載減小時，控制著線圈電流的自適應減小。（stallguard2是一種比早期的stallguard更加精確的技術）
如圖4.1所示。stallguard2的測量值在一定負載、速度、電流設置的情況下是呈線性變化的。當電機負載的最大時，stallguard2的值趨近于0或接近于0.這相當于負荷角是90°（線圈磁場和轉子磁鐵間夾角）。這也是最節能的操作點。

兩個參數控制Stallguard2并返回一個狀態值。

名稱

描述

設置值

備注

SGT

7位帶符號的整數（二進制數0—1000000）用來設置Stallguard2的閾電平（這個閾電平是用來聲明SG_TST的輸出量）也用來設置讀出值的最佳測量范圍。負值用來增加敏感度，正值用來減小敏感度，這樣就需要更大的轉矩來表示失速。0是最好的初始值。不推薦操作值低于-10
0
敏感度中間值
  •      63
靈敏度低
-1--- -64
靈敏度高

SFILT

Stallguard的濾波模式能得到更大的精度。如果設置為1，將減少測量頻率（每4個整步測量一次），如果設置為0，則不濾波。雖然電機的機械不對稱性有濾波補償，但是響應時間是有代價的。未濾波操作時建議迅速進行失步檢測，濾波操作時建議進行更加精確的負載檢測。
0

1
濾波模式

SG

Stallguard的10位無符號整數測量值。更高的值表示較低的機械負荷。一個較低的值表示有更高的負荷和更高的負荷角。至于失速檢測，在失速前，調整SGT的值返回一個0值或略高于最大負載值。
0--1023
0：最大負荷
較低值：較大負荷
較高值：較低負荷
4.1閾值設置
由于Stallguard SG的值對電機的具體特征和特殊應用的依賴需要滿足的一定的電機負載和速度，最簡單的方法就是調整Stallguard SG的閾值。適合與一個特定的電機類型和操作條件的SGT的值是需要在實際的應用中得到優化。
這個過程是：

系統時鐘頻率會影響SG。當需要最佳的性能時，應選用外置的晶振時鐘。供電電壓也會影響SG。因此更加精確的值需要更加嚴格的規則。SG測量需要有更高的分辨率，這兒有幾種方法增加它的精確度，如下列所述。
4.1.1可變速度操作
在一定的速度范圍內，Stallguard閾值SG的快速調整提高了負載檢測SG的準確性。也提高了能源利用率。這是由SG驅動的。在不同的速度下，兩個SGT值之間的線性差值的不斷優化是一個簡單的算法，用這個算法可以在大多數的動態調整中獲得好處。如圖4.2所示。這個圖片顯示一個最優的SGT黑色曲線和一個兩點間插補的紅色曲線。

藍色曲線是無負載時Stallguard2的讀數
黑色曲線是最佳SGT設置時的讀數
紅色虛線是簡化SGT設置時的讀數
0點是低限制時失速檢測  4轉
275點時反電動勢達到供電電壓時
橫軸是電機的轉速
豎軸時SGT的讀數
4.1.2小型電機的高轉矩波動和共振
一個有大啟動轉矩的電機說表明：隨著電機電流的變化，尤其是在低電流時，Stallguard2的SG測量值也在快速變化。對于這些電機來說，為了獲得最高的精度，這種依賴關系需要得到與修正速度相似的方式的校正
4.1.3電機內電阻與電機溫度的關系
電機在一個廣泛的溫度范圍內工作需要有溫度校正，因為電機的線圈電阻（內電阻）會隨著溫度的升高而上升。這樣隨溫度增加引起的SG的線性減少就可以得到修正，同樣的電機效率的降低也一樣可以得到修正。
4.1.4 Stallguard2測量的準確性和重復性
再生產過程中，同一種電機類型的應用程序需要使用一個固定的SGT值。大多數的一一對應的Stallguard2測量的變化是由電機結構的制造公差引起的。在其他所有參數保持穩定的情況下，Stallguard2所提供的測量誤差可以低至：
              測量誤差=±max(1,|SGT|)
4.2檢測頻率和濾波
Stallguard2的SG值在電機完成一個整步時都會被更新.這樣就能夠夠安全的檢測到電機的失步,因為電機失步總是在電機完成4個整步時發生.在實際應用中,特別是使用微步功能時,更加精確的測量是比每個整步都要校正更加重要,因為機械負載從不在一步到另一步時瞬間改變.對于應用程序來說,SFILT位的濾波功能超過四個負載測量.當需要高精密度放入測量時,應該使用濾波器.濾波器能夠彌補電機結構的變化,比如說A相B相磁性的錯位.當需要加強負載變化的快速響應時,不應該使用濾波器,比如說高速時的失速檢測.
4.3電機的失速檢測
為了能夠安全的檢測到電機失速,失速時的臨界值應該用一個特殊的SGT設置值表示.因此,為了監視SG的值,你應該確定電機的最大負載,這個負載值是在不失速時的最大值.比如說某個值在0到400之間.考慮到參數的偏離(誤差),安全閾值應該在可操作范圍內.所以,你的單片機軟件應該設置一個失速閾值,這個閾值應該略高于電機發生失速的最小值.當SGT到達失速臨界值或0時,應該有一個響應信號,這個信號能夠反映電機處于什么樣的狀態,比如說電機無負載(SG=0)和電機到達最大負載(SG=MAX).這個值應該能夠反應至少100和幾個100的區別,這樣的話就能夠最大程度的反映偏移量.如果電機有最大負載時,SGT的讀數是0,一個高電平有效的失速輸出信號將從SG_TST管腳輸出.
4.4 Stallguard2的操作限制
Stallguard2在極端的運動速度下是不能可靠地運行的:非常低的電機速度(對于電機來說,小于1rad/s)能夠生成一個低的反電動勢并且會造成測量的不穩定，它取決于環境條件（比如溫度等等）。其他的情況將導致極端的SGT設置和對電機負載的SG測量值的不良響應。當完整的正弦電流不能流進電機線圈時，非常高的運動速度也能導致不良反映。
這下速度通常的特點是反電動勢趨近于電源電壓。
5自適應電流控制
Coolstep 允許大量節約能源，特別是在有不同的負載或較高工作周期的操作。因為步進電機應用程序需要在保留30%到50%的力矩的狀態下工作，甚至一個有固定負載的應用程序能夠有效的節約能源因為在需要的時候Coolstep能夠自動的保留力矩。降低功耗能夠使系統更加易于散熱，增加電機壽命，還能夠降低電源供電和冷卻組件的成本。

降低一半的電機電流就能夠減少1/4的電機輸出功率。
能源效率：功耗降低到75%
電機產生耕地的熱量：改變機械精度
減少冷卻組件：電機和驅動器的冷卻設備
更低的電機成本：在工作的時候



Efficiency：效率
Velocity：轉速
綠線：Coolstep的效率
褐色線：保留50%力矩時的效率
圖5.1顯示42號步進電機在和保留50%力矩時的效率增益。Coolstep在超過60rpm時效率大于保留50%力矩時的效率。
Coolstep是有幾個參數控制，但是有兩個參數是理解它是如何工作的關鍵：

參數

描述

范圍

備注

SEMIN
4位的無符號整數用來設置較低閾值，如果SG的值小于這個閾值，coolstep為了覆蓋10位的SG值的下半部分范圍，4位的SEMIN的值擴展到32倍
0--15
閾值下限= SEMIN*32
（最大值15*32=480）
SEMAX
4位的無符號整數用來設置較高閾值。如果SG采樣等于或高于該閾值的次數足夠多，coolstep會減小兩個線圈的電流。閾值上限=（SEMIN+ SEMAX+1）*32

0--15
閾值上限=（SEMIN+ SEMAX+1）*32
（最大值（15+15+1）*32=991）

圖5.2顯示了coolstep的操作區域。黑線代表了SG測量值，藍線代表了電機的機械負荷，紅線代表了電機線圈電流。當電機負載增加時，SG的值低于SEMIN，Coolstep增加電流。當電機負載降低并且SG的值高于（SEMIN+ SEMAX+1）*32時，電流減少。

X軸有5個階段

參數
描述
范圍
備注
CS
電流設置。縮減來自內置的正弦列表或SPI接口的線圈電流值。為了實現高精度電機操作，工作電流在16到32范圍內縮減，因為按比例縮減的電流值減小了微步的分辨率，這個值還控制著通過coolstep設置的電流的最大值。
0--31
比例因素：1/32.2/32….32/32
SEUP
每次SG的測量值小于閾值下限時線圈電流的增量.電流增加速度.
0--3
補寬：1  2  4   8
SEDN
SG的測量值大于閾值上限時,線圈電流時遞減的.
電流減小速度.
0--3
SG的測量次數減小：32  8  4   1
SEIMIN
控制按比例縮減的線圈電流的下限值的模式位.如果這個位設置,電流的極限值是1/4CS.如果這個位是明確的,極限值是電流的1/2CS
0
最小的電機驅動電流：CS的1/2
1
CS的1/4
狀態字
描述
范圍
備注
SE
5位無符號整數報告縮放后的有效電流值是由coolstep決定。這個值是由1除以32相似，因此它的范圍是1/32—32/32.這個值不大于CS的值或不小于1/4CS和1/2CS任何一個，它取決于SEIMIN的設置值。
0--31
實際上，按比例換算的電機電流設置：1/32.2/32….32/32
5.1調節coolstep
調節coolstep之前，首先要調整stallguard2 SGT閾值水平，從而影響到SG負載測量值的范圍。Coolstep使用SG操作電機使電機處于90°的最佳負載角。
電流的增長速度是由SEUP決定的，并且電流的衰減速度是由SEDN決定的。它們能夠被分別調整，因為他們處于不同的響應觸發。這些參數的編輯允許線圈電流增加比下降更快，因為穿過閾值是一個更加嚴肅的事件，它需要有更快的響應速度。如果響應速度太慢了，電機會失速。相比之下，在穿過閾值上限有一個緩慢地響應速度可能不需要冒任何更大風險，比如錯失了節約電力的機會。
Coolstep操作被縮放的電流參數CS和SEIMIN位所限制。
5.1.1響應時間
為了電機負載增加時能夠快速響應，使用一個高電流逐步增加SEUP。如果電機負載緩慢地改變，一個較低的逐步增加的電流被用來避免電機電流振蕩。如果被SFILT控制的濾波器使能，測量負載值和限制速度將減少1/4.
5.1.2低速和備用操作
因為stallguard2在失速和速度很低時不能測量電機負載，所以在低速時的電流應該被當做一個特定應用程序的默認值和與失速電流聯合減少通過SPI接口的程序化設置.
6SPI接口
在電機被驅動前TMC262需要通過SPI接口設置配置參數和模式位.SPI也被用來讀取狀態返回值和各位的值.
6.1總線信號
TMC262的SPI總線有4中信號:
        SCK       總線時鐘輸入
        SDI       串行數據輸入
        SDO      串行數據輸出
        CSN       芯片選擇輸入(低電平有效)
通過芯片選擇輸入CSN的低電平信號,SPI啟用從機.數據傳輸是和總線時鐘SCK同步的,在系統時鐘的上升沿從機自鎖來自SDI數據,并且在系統時鐘的下降沿時驅動數據到SDO.最高有效位會被首先發送.TMC262的總線事物至少需要20個系統時鐘周期.如果多于20個時鐘,通過一個內部移位寄存器在20個時鐘延時后額外的位(被傳輸到SDI的位)將被傳輸出去(通過SDO).這可以用于多個芯片之間更好的連接.在整個總線事物期間,CSN必須是低電平.當CSN是高電平時, 內部移位寄存器鎖存內部控制寄存器并且被認為是一個主機到從機的命令.如果發送超過了20位,僅僅只有20位在CSN上升前被接受,這被識別為一種命令.
6.2總線時鐘選擇
SPI接口是與內部系統時鐘同步的,這限制了SPI總線時鐘SCK,是它的時鐘是系統時鐘頻率的一半.如果系統時鐘是基于片上的振蕩器,必須使用額外的10%的安全限度來確保數據傳輸的可靠性.所有的SPI輸入和ENN輸入一樣都是內部過濾以避免觸發信號短于20ns。圖6.1顯示了SPI總線事務的時間參數，下面的表指明了它們的值。

SPI接口時間選擇

數字特征

時鐘周期是tCLK

參數

表示

符號

條件

最小值

典型值

最大值

單位

SCK在CSN改變之前或之后有效值

tCC

10

ns

CSN的高端時鐘

tCSH

在CSN高電平前SCK有一個高端tCLK僅供與系統時鐘同步的最短時間

tCLK

> 2tCLK+10

ns

SCK的低端時鐘

tCL

僅供與系統時鐘同步的最短時間

tCLK

> tCLK+10

ns

SCK的高端時鐘

tCH

僅供與系統時鐘同步的最短時間

tCLK

> tCLK+10

ns

SCK使用內部時鐘的頻率

fSCK

4

MHz

SCK使用外部16MHz時鐘的頻率

fSCK

8

MHz

SCK上升沿之前SDI設置的時間

tDU

假設最低的OSC頻率

10

ns

SCK上升沿之后SDI擁有的時間

tDH

假定同步時鐘

10

ns

SCK下降沿之后數據輸出地建立時間

tDO

SDO上沒有電容性負載

tFILT+5

ns

SDI SCK CSN的過濾器延時

tFILT

上升和下降沿

12

20

30

ns

6.3總線架構
SPI從機可以鏈接和使用單片機選擇行。如果連接從機，他們表現得像一個長移位寄存器。舉個例子，兩個電機驅動器之間的鏈接需要有40個發送位。用鏈接移動到每個寄存器的最后一位在CSN處于上升沿是被加載到一個內部寄存器上。例如，24或32位可以被發送到一單一的電機驅動器上，但是在CSN走高之前，它纏住了最后的20個接受位。

Mechanical Feedback or virtual stop switch：機械反饋或虛擬停止開關
Real time Step/Dir Interface：實時的Step/Dir 接口
TMC429 triple stepper motor controller：TMC429 三項步進電機驅動器
Reference switch  processing參考開關處理
SPI to master：SPI控制
3x linear RAMP  Generator：3倍斜率發生器
Step/Dir信號發生器
Output select SPI or Step & Dir：輸出選擇SPI或Step/Dir
Interrupt Controller：中斷控制器
Position Comparator：位置比較器
Microstep table：微細分表列
Serial driver interface：串口驅動程序接口
Step Multiplier：步進乘法器
Sine Table4*256 entry：正弦列表4*256條目
Chopper:斬波器
Gate driver：門驅動器
SPI control, Config & Diags：SPI控制、配置以及自我檢測功能
Protection & Diagnostics：保護和診斷
2 x Current Comparator：2倍電流比較器
2 Phase Stepper：兩相步進電機
Realtime event trigger：實時事件觸發
Motion command SPI (TM)：SPI的運動命令
System interfacing：系統接口
Configuration and
diagnostics SPI (TM：SPI的保護和診斷
Third driver and motor
Second driver and motor：三/相步進電機極其驅動器

圖6.2顯示了一個典型的應用程序接口。SPI總線被用于嵌入式單片機的一個運動控制器和更多的電機驅動器的控制寄存器的初始化。Step/Dir接口被用于運動控制器和電機驅動器之間。
6.4 寄存器寫命令
TMC262的SPI總線事物是5個只寫寄存器中的一個寫命令，這五個寄存器有配置參數和模式位：
寄存器
描述
驅動控制寄存器
驅動控制寄存器有不同的控制模式，不同的控制模式取決于運動控制器的接口是否采用step/dir接口
斬波設置寄存器
斬波設置寄存器擁有斬波器參數和模式設置位
步進優化設置寄存器
步進優化設置寄存器有關于步進優化的參數和模式設置位
保護和診斷設置寄存器
保護和診斷設置寄存器有關于保護和診斷的參數和模式設置位
驅動器設置寄存器
驅動器設置寄存器有可以控制功率場效應管和保護電路的參數和模式位。其中有一個SDOFF位用來控制step/dir接口還有一個RDSEL參數用來控制SPI事物里的返回值
在下面的介紹中，多位二進制值以%符號為前綴，例如%0111
6.4.1 寫命令概述
下面表中顯示了5個寫命令寄存器的格式。19、18位還有部分的17位選擇被寫入的寄存器，如粗體所示。根據SDOFF位選擇的不同，驅動控制寄存器有兩種格式。被顯示是0的必須寫入0，被顯示是1的必須寫入1，下面的部分，詳細的描述了給出的每一個參數和模式位。
位\寄存器
驅動控制寄存器
（SDOFF=1）
驅動控制寄存器（SDOFF=0）
斬波設置寄存器
步進優化設置寄存器
保護和診斷設置寄存器
驅動器設置寄存器
19
0
0
1
1
1
1
18
0
0
0
0
1
1
17
PHA
0
0
1
0
1
16
CA7
0
TBL1
0
SFILT
TST
15
CA6
0
TBL0
SEIMIN
0
SLPH1
14
CA5
0
CHM
SEDN1
SGT6
SLPH0
13
CA4
0
RNDTF
SEDN0
SGT5
SLPL1
12
CA3
0
HDEC1
0
SGT4
SLPL0
11
CA2
0
HDEC0
SEMAX3
SGT3
0
10
CA1
0
HEND3
SEMAX2
SGT2
DISS2G
9
CA0
INTPOL
HEND2
SEMAX1
SGT1
TS2G1
8
PHB
DEDGE
HEND1
SEMAX0
SGT0
TS2G0
7
CB7
0
HEND0
0
0
SDOFF
6
CB6
0
HSTRT2
SEUP1
0
VSENSE
5
CB5
0
HSTRT1
SEUP0
0
RDSEL1
4
CB4
0
HSTRT0
0
CS4
RDSEL0
3
CB3
MRES3
TOFF3
SEMIN3
CS3
0
2
CB2
MRES2
TOFF2
SEMIN2
CS2
0
1
CB1
MRES1
TOFF1
SEMIN1
CS1
0
0
CB0
MRES0
TOFF0
SEMIN0
CS0
0

6.4.2 讀響應概述
下表顯示讀響應的格式。驅動器設置寄存器中的RDSEL參數選擇讀響應的格式。

位
RDSEL=%00
RDSEL=%01
RDSEL=%10
19
MSTEP9
SG9
SG9
18
MSTEP8
SG8
SG8
17
MSTEP7
SG7
SG7
16
MSTEP6
SG6
SG6
15
MSTEP5
SG5
SG5
14
MSTEP4
SG4
SG4
13
MSTEP3
SG3
SG3
12
MSTEP2
SG2
SG2
11
MSTEP1
SG1
SG1
10
MSTEP0
SG0
SG0
9
-
-
-
8
-
-
-
7
STST
6
OLB
5
OLA
4
S2GB
3
S2GA
2
OTPW
1
OT
0
SG

6.5驅動控制寄存器（Driver Control Register (DRVCTRL)）
驅動控制寄存器的格式取決于SDOFF模式位的狀態。
SPI模式      ：SDOFF設置在這個模式，STEP/DIR不使能，驅動控制寄存器在SPI接口，可
以通過這個接口指明通過每個線圈的電流。
STEP/DIR模式 ：SDOFF設置在這個模式，STEP/DIR使能，在STEP/DIR接口，驅動控制寄存器是一個配置寄存器。


6.5.1 SPI模式下的驅動控制寄存器（DRVCTRL Register in SPI Mode）
驅動控制寄存器
SPI模式下的驅動器控制（SDOFF=1）
位
名字
功能
備注
19
0
寄存器地址位

18
0
寄存器地址位

17
PHA
A極
通過線圈A的電流信號：
0：電流從OA1引腳流到OA2
1：電流從OA2引腳流到OA1
16
CA7
A極電流的最高有效位
通過A線圈的電流大小。它的范圍是0—248，如果滯后或抵消他們的全部。滯后或抵消后得到的值不超過255
15
CA6

14
CA5

13
CA4

12
CA3

11
CA2

10
CA1

9
CA0
A極電流的最低有效位
8
PHB
B極
通過線圈B的電流信號：
0：電流從OB1引腳流到OB2
1：電流從OB2引腳流到OB1
7
CB7
B極電流的最高有效位
通過B線圈的電流大小。它的范圍是0—248，如果滯后或抵消他們的全部。滯后或抵消后得到的值不超過255
6
CB6

5
CB5

4
CB4

3
CB3

2
CB2

1
CB1

0
CB0
B極電流的最低有效位



6.5.2 STEP/DIR模式下的驅動控制寄存器（DRVCTRL Register in STEP/DIR Mode）
驅動控制寄存器
SPI模式下的驅動器控制（SDOFF=0）
位
名字
功能
備注
19
0
寄存器地址位

18
0
寄存器地址位

17
0
保留

16
0
保留

15
0
保留

14
0
保留

13
0
保留

12
0
保留

11
0
保留

10
0
保留

9
INTPOL
能否修改步進信號（倍頻）
0：不能修改步進信號
1：步進信號乘以16倍
8
DEDGE
能否雙邊沿觸發步進信號
0：上升沿觸發，下降沿不觸發
1：雙邊沿觸發
7
0
保留

6
0
保留

5
0
保留

4
0
保留

3
MRES3
STEP/DIR模式下微步分辨率
每90°微步：
%0000：256
%0001:  128
%0010：64
%0011：32
%0100：16
%0101：8
%0110:  4
%0111:  2（半步）
%1000：1（整步）
2
MRES2
1
MRES1
0
MRES0


6.6斬波設置寄存器（Chopper Control Register (CHOPCONF)）
斬波設置寄存器
斬波設置
位
名字
功能
備注
19
1
寄存器地址位

18
0
寄存器地址位

17
0
寄存器地址位

16
TBL1
空白時間
空白時間間隔，系統時間周期下：
%00：16  %01：24  %10：36  %11：54
15
TBL0
14
CHM
斬波模式
這個模式位影響了HDEC、HEND、HSTRT參數在下面的解釋。
0：標準模式（傳播周期）、
1：與快速衰減時間保持恒定.
   當到達額定電流，快速衰減時間也結束。快速衰減是在準時之后。
13
RNDTF
隨機關斷時間
允許隨機化慢衰減階段持續時間
0：斬波關斷時間隨著關斷時間位的設置而被固定
1：隨機模式，關斷時間可以隨時調整
  dN CLK = -12 … +3 clocks.
12
HDEC1
磁滯衰減間隔時間
或快速衰減模式
CHM=0 :磁滯衰減周期設置，按系統時鐘周期
        %00：16   %01：32  %10：48  %11：64
CHM=1:HDEC1=0:電流比較器能夠在計時器到時時終止快速衰減階段。   
     HDEC1=1:只有定時器能夠終止快速衰減階段。
     HDEC0： 快速衰減時間最高有效位設置
11
HDEC0
10
HEND3
磁滯結束（低）值
或正弦偏移量
CHM=0 :%0000…%11111
       磁滯衰減設置值是-3，-2，-1，0….12
      （這個設置的1/512添加到電流設置中）
       這個磁滯值被用于磁滯斬波
CHM=1 :%0000…%1111
       補償值是-3，-2，-1，0….12
       正弦波補償和它1/512的值用于添加到每一個正弦波條目的絕對值。
9
HEND2
8
HEND1
7
HEND0
6
HSTRT2
磁滯開始（高）值
或快速衰減時間設置
CHM=0 :磁滯補償開始到HEND結束
      %000：1 %100：5 %001：2 %101：6
       %010：3 %110：7 %011：4 %111：8
       有效范圍：HECD+HSTRT<=15
CHM=1 :快速衰減持續時間的三個最低有效位
       快速衰減時間是系統時間周期的倍數：
          NCLK=32*(HDEC0+HSTRT)
5
HSTRT1
4
HSTRT0
3
TOFF3
關斷時間/MOS管
不使能
慢衰減持續時間。如果TOFF為0，MOS管關斷.如果TOFF不是0，慢衰減時間是系統時間周期的倍數。NCLK=12+（32*TOFF）（最小時間是64倍的時間周期）
%0000：驅動不使能，所有橋關閉
%0001：1（用于最小的24倍時鐘的TBL）
%0010…%1111：2…15
2
TOFF2
1
TOFF1
0
TOFF0
6.7步進優化控制寄存器（coolStep Control Register (SMARTEN)）
步進優化設置寄存器
步進優化設置
位
名字
功能
備注
19
1
寄存器地址位

18
0
寄存器地址位

17
1
寄存器地址位

16
0
保留

15
SEIMIN
最小的步進優化電流
0：1/2CS電流設置
1：1/4CS電流設置
14
SEDN1
電流衰減速度
每個線圈電流的衰減都能保證智能保護值的采樣必須大于等于上閾值的次數：

%00：32   %01：8
%10：2    %00:1
13
SEDN0
12
0
保留

11
SEMAX3
高端步進優化閾值伴隨著一個來自較低閾值的補償
如果智能保護功能的SG采樣測量值等于或大于（SEMIN+SEMAX+1）*32足夠次數，那么線圈電流的比例因素會降低。
10
SEMAX2
9
SEMAX1
8
SEMAX0
7
0
保留

6
SEUP1
電流增加速度
每次電流增加的步數，智能保護功能的SG采樣值低于較低閾值
%00：1  %01：2  %10：4  %11：8
5
SEUP0
4
0
保留

3
SEMIN3
更低的步進優化閾值/步進優化不使能
如果SEMIN的值是0，步進優化功能不使能。如果SEMIN不是0并且智能保護功能的SG采樣值低于SEMIN*32，優化步進的電流比例因子增加。
2
SEMIN2
1
SEMIN1
0
SEMIN0



6.8保護和診斷控制寄存器（stallGuard2 Control Register (SGCSCONF)）
保護和診斷設置寄存器
保護和診斷設置
位
名字
功能
備注
19
1
寄存器地址位

18
1
寄存器地址位

17
0
寄存器地址位

16
SFILT
濾波使能
0：標準模式，最快的響應時間
1：濾波模式，每補償4個整步電機的結構更新一次，有最高的精度。
15
0
保留

14
SGT6
閾值
智能保護閾值控制著關于讀出和失速指示（SG_TST）輸出最佳的測量范圍.較低的值導致較高的靈敏度。較低的轉矩需要顯示失速。閾值是一個有兩個補碼的有符號整數。這個值建議不低于-10.
范圍：-64到+63
13
SGT5
12
SGT4
11
SGT3
10
SGT2
9
SGT1
8
SGT0
7
0
保留

6
0
保留

5
0
保留

4
CS4
電流大小
電流大小通過SPI和STEP/DIR設置
%0000…%11111：1/32，2/32，3/32，…32/32
這個值加1除以32，因此范圍是1/32到32/32
舉個例子：CS=20是21/32的電流
3
CS3
2
CS2
1
CS1
0
CS0










6.9驅動器控制寄存器（Driver Control Register (DRVCONF)）
驅動器設置寄存器
驅動器設置
位
名字
功能
備注
19
1
寄存器地址位

18
1
寄存器地址位

17
1
寄存器地址位

16
TST
保留測試模式
正常工作時，必須被清除，當設置時，
SG_TST腳輸出暴露的數字測試值，TEST_ANA腳輸出暴露的模擬測試值。測試值的選擇被SGT1和SGT0控制。
TEST_ANA:  %00：測試分析2倍Vth
           %01：測試分析DAC輸出
           %10：測試分析Vdd一半
SG_TST:     %00：comp_A
           %01：comp_B
           %10：時鐘
           %11:導通xy
15
SLPH1
高端斜率控制
%00：最小值
%01：最低溫度補償模式
%10：中間溫度補償模式
%11：最大值
在溫度補償模式中，如果溫度過熱達到警報溫度時，MOS管門極驅動力增加。這個補償的溫度取決于高端斜率控制。
14
SLPH0
13
SLPL1
低端斜率控制
%00：最小值       %01：最小值
%10：中間值       %11：最大值
12
SLPL0
11
0
保留

10
DISS2G
短接到地保護
不使能
0：短路保護使能  1:短路保護不使能
9
TS2G1
短接到地檢測
定時器
%00：3.2μs       %01：1.6μs
%10： 1.2μs       %11：0.8μs
8
TS2G0
7
SDOFF
STEP/DIR接口
不使能
0：使能STEP/DIR操作
1：不使能STEP/DIR操作，SPI接口被用于移動電機
6
VSENSE
采樣電阻固定
電壓電流比例
0：全面的采樣電阻電壓是306mV
1: 全面的采樣電阻電壓是165mV
（這里的全面指的是電流的31個設置和255個數字模擬轉化器的值）
5
RDSEL1
選擇讀出值
（讀出位）
%00：微步位置返回值 %01：負載檢測水平狀態返回
%10：負載檢測和智能節能電流水平返回
%11：保留，不用
4
RDSEL0
3
0
保留

2
0
保留

1
0
保留

0
0
保留

6.10 讀響應
對于每一個寫命令發送到電機驅動器，會有一個20位的響應被電機驅動器返回。由于驅動控制寄存器中RDSEL參數的選擇，這個響應有3種格式。下面的表格顯示了這些格式。軟件不能取決于任何顯示保留位的值。
驅動控制的狀態
讀響應
位
名稱
功能
描述
RDSEL=%00
%01
%10
19
MSTEP9
SG9
SG9
線圈A微步計數器
stallGuard2 SG9:0價值
stallGuard2值SG9:5和coolStep值SE4:0

在正弦表中，用步進/方向模式下的微步位置。MSTEP9是極性位:
0:電流從OA1針到OA2針腳。
1:電流從OA2插針到OA1針腳。
18
MSTEP8
SG8
SG8
17
MSTEP7
SG7
SG7
16
MSTEP6
SG6
SG6
SG9:0 stallGuard2值
15
MSTEP5
SG5
SG5
14
MSTEP4
SG4
SE4
13
MSTEP3
SG3
SE3
12
MSTEP2
SG2
SE2
stallGuard2值SG9:5和實際的coolStep縮放值SE4:0。
11
MSTEP1
SG1
SE1
10
MSTEP0
SG0
SE0
9
保留


8
保留


7
STST
靜止指示器
0:沒有檢測到的靜止狀態。
1:在最后的2^20(1048576)個系統時鐘周期中，沒有出現步進脈沖的上升沿。
6
OLB
打開負載指示器
0:沒有檢測到打開負載的條件。
1:在最后的脈沖周期，線圈有恒定的極性時，沒有發生過斬波的事件。只有當電流達到最高設置的1/16可以清除這一位！
提示:這個位只是一個狀態指示器。當這個位被設定時，芯片不會采取任何其他動作。在快速運動和靜止時可能出現錯誤的跡象。只在慢動作時檢查這一點。

5
OLA
4
S2GB
高端晶體管的短路檢測位
0:沒有達到短接到地的關閉條件。
1:短到地達到關閉狀態。
每次短路時，短路計數器就會增加，此時斬波循環被暫停。計數器因每一個相位極性的變化而減少。當計數器達到3次，mos管關閉。保持MOSFETs關閉狀態，直到關閉條件通過禁用和重新啟用驅動程序來清除。關閉狀態通過取消ENN（使能）輸入或清除TOFF(關斷時間)參數來重置。

3
S2GA
2
OTPW
過溫警報
0:溫度沒有達到過熱的警告條件。
1:溫度達到了警告閾值（警報最大值）
1
OT
過溫停止
0:溫度沒有達到過熱的關閉條件。（警報溫度小于關閉溫度）
1:溫度達到使mos管關閉的條件。
0
SG
保護診斷狀態
0:沒有達到電機失速的檢測條件。
1:已經達到stallGuard2的閾值，此時SG_TST輸出高電平。
6.11 驅動器初始化
下面的SPI命令序列是啟用驅動程序和斬波初始化的一個示例：
SPI = $901B4;   // 遲滯模式
Or
        SPI = $94557;    // 關斷時間常數 模式
        SPI = $D001F;    // 電流設置：$d001F  （最大電流）
        SPI = $EF010;    // 高端驅動強度，stallguard 讀 ，SDOFF=0
        SPI = $00000;    // 256 微細分設置
首先測試coolstep 的電流控制：
        SPI = $A8202;    // 在coolstep 中設置最小電流是1/4CS
配置參數應調至電機和應用程序，以獲得最佳性能。
7  STEP/DIR 接口
步驟和DIR輸入提供了一個簡單的標準接口，與許多現有的動作兼容。控制器。微plyer階梯脈沖插值器帶來了高分辨率的平滑運動。
微步應用于最初設計用于粗糙的步進和減少脈沖的頻帶寬度。
7.1 時鐘
圖7.1顯示了步進和方向脈沖信號的時間參數，下面的表給出了它們的參數規范。當在DRVCTRL寄存器中設置了DEDGE模式位時，步進脈沖信號的兩個邊沿都是活躍。如果DEDGE被清除，只有上升沿是活躍的。步進和方向脈沖被取樣和被協調使其與系統時鐘同步。內部模擬濾波器消除信號上的故障，例如由PCB的導線過長使信號引起的故障。如果信號源遠離芯片，特別是用電纜傳送信號時，信號應被過濾或用不同的銅線傳輸。
STEP /DIR 接口的時鐘

數字特征  時鐘周期是tCLK

參數
象征
條件
最小值
典型
最大值
單位
步進脈沖頻率

fSTEP

DEDGE=0


1/2 fCLK


DEDGE=1


1/4 fCLK


整步脈沖頻率

fFS




fCLK/512


步進脈沖低電平時間

tSL


max(tFILTSD,

tCLK+20)



ns
步進脈沖高電平時間

tSH


max(tFILTSD,

tCLK+20)



ns
STEP /DIR設置時間

tDSU


20


ns
步進脈沖后方向脈沖低電平時間

tDSH


20


ns
STEP /DIR高峰過濾時間

tFITSD

雙邊沿
36
60
85
ns
STEP /DIR相對于上升的CLK輸入的采樣

tSDCLKHI

上升沿



ns
7.2 微細分列表
內部微細分表將正弦函數從0°映射到90°，并且相應的也允許使用該表將正弦和余弦函數從0°映射到360°。這個角度被編碼為一個由微步計數器提供的10位無符號整型MSTEP。當微步進這個表的時候，應用到計數器上的增量的大小是由在DRVCTRL寄存器中的微步驟分辨率設置MRES控制的。根據DIR的輸入，微步驟計數器被增加了(DIR=0)或減少了(DIR=1)，每一步都是每一步活動的邊緣。盡管在表的最后一個季度中有許多項是相等的，但是電子的角度不斷變化，因為正弦波或余弦波都在一個區域內，在這個區域中，當前的矢量變化單調地從位置到位置。圖7.2顯示了該表。最大的值是248，這就留下了用來增加偏移量的空間


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作者: q779883414    時間: 2018-10-22 13:29
謝謝樓主，很有用！！！
作者: bakup    時間: 2018-12-21 20:44
學習一下
作者: onono    時間: 2019-1-31 10:34
樓主很帥！未來會用到TMC5160等TMC芯片，很有參考意義。感謝分享！
作者: aw3aw3    時間: 2019-11-21 13:46
找TMC2130找到這里了，學習了
作者: 電子騎士    時間: 2019-12-26 23:13
剛好在研究，謝謝樓主
作者: chenjijun6    時間: 2020-3-12 21:42
多謝樓主分享，對我來說很有價值，非常感謝！！
作者: 禾HE    時間: 2020-3-23 22:16
下載的不是完整版啊 只到7.2
作者: HJQ1305276098    時間: 2020-4-11 11:05
onono 發表于 2019-1-31 10:34
樓主很帥！未來會用到TMC5160等TMC芯片，很有參考意義。感謝分享！

TMC5160是驅控一體，內置六點式加減速算法，最高可帶110步進電機
作者: amwrdfe    時間: 2021-12-18 03:01
下下來慢慢看，謝謝了。
作者: zm218wri    時間: 2022-6-2 15:49
翻譯的挺好的！有沒有調試經驗



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