ZHCUAS9B August 2022 – February 2023 DRV8452 , DRV8462 , DRV8962
6 GUI 操作（DRV8461EVM、DRV8462EVM 和 DRV8462VEVM）
- 轉(zhuǎn)到“Driver Control”頁面中的“STEPPER MOTOR CONTROL”選項(xiàng)卡。將“Motor Driver”設(shè)置為“Awake”，將“Driver Outputs”設(shè)置為“Enabled”。使用默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊“Start Input-Based STEP”按鈕。電機(jī)沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。使用“Input-based Direction”控件更改方向。電機(jī)沿反方向旋轉(zhuǎn)。
圖 6-1 步進(jìn)電機(jī)控制 - “Register Map”菜單會(huì)顯示所有器件寄存器。可以使用“Field View”面板或通過更改“Value”列中顯示的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)直接修改寄存器值。
圖 6-2 寄存器映射- 使用“File”菜單的“Save Registers”選項(xiàng)，可以將所有寄存器設(shè)置保存為“regs.json”文件。使用“File”菜單的“Load Registers”選項(xiàng)，可以將保存的值從保存的“regs.json”文件加載回寄存器。
CTRL14 寄存器會(huì)報(bào)告轉(zhuǎn)換為等效電壓范圍的 VM_ADC 值，該值僅顯示在寄存器映射頁面上。主 GUI 面板上報(bào)告的 VM 電壓由微控制器以更高的精度測量，不是電機(jī)驅(qū)動(dòng)器寄存器報(bào)告的值。
- 可以使用圖 6-3 中突出顯示的選項(xiàng)卡來評(píng)估器件特性
圖 6-3 驅(qū)動(dòng)器控制菜單 - 請參閱 DRV8462 數(shù)據(jù)表或 DRV8461 數(shù)據(jù)表，了解步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器器件的集成特性。下面僅介紹了主要特性。GUI 提供對(duì)器件中所有功能的訪問。
- Stand Still Power Saving：此特性定義了電機(jī)靜止時(shí)的保持電流電平。通常，所需的保持電流可能明顯低于運(yùn)行電流。此功能可以節(jié)省功耗，并避免不必要的電機(jī)發(fā)熱?！癝tand Still Current”默認(rèn)設(shè)置為由“Torque DAC Setting”和“Full Scale Current”所定義運(yùn)行電流的 50%?？奢斎氲淖钚≈禐?1%。啟用此功能，并設(shè)置所需的保持電流值以及您應(yīng)用所需的延遲時(shí)間。
圖 6-4 靜止省電功能 Driver Output Status：本部分顯示驅(qū)動(dòng)器器件分度器表中電流 A 和 B 的分度器位置。該值從 0 變?yōu)樽畲笾?255，然后通過 0 降至最小值 -255，再升回 0。只要 STEP 輸入處于活動(dòng)狀態(tài)，就會(huì)重復(fù)此序列。點(diǎn)擊“Indexer Reset”按鈕會(huì)將索引器位置重置為表中電流 A 和電流 B 的默認(rèn)值。點(diǎn)擊“Indexer Reset”與轉(zhuǎn)到“Register Map”頁面并在 CTRL1 中設(shè)置 IDX_RST 位具有相同的效果，它會(huì)在分度器復(fù)位后立即自行清除。分度器復(fù)位操作不會(huì)復(fù)位任何其他寄存器設(shè)置。除此之外，還會(huì)顯示電流 A 在其對(duì)應(yīng)的分度器位置的幅度定標(biāo)器。這是包含在寄存器 INDEX5（高 8 位）和 INDEX4（低 2 位）中的一個(gè) 10 位值 0 至 1023。當(dāng)定標(biāo)器值為 1023 時(shí)，它表示電流 A 的最大電流值。定標(biāo)器值不受扭矩 DAC 設(shè)置、靜止電流設(shè)置或自動(dòng)扭矩電流 DAC 設(shè)置的影響。
- Stand Still Power Saving：此特性定義了電機(jī)靜止時(shí)的保持電流電平。通常，所需的保持電流可能明顯低于運(yùn)行電流。此功能可以節(jié)省功耗，并避免不必要的電機(jī)發(fā)熱?！癝tand Still Current”默認(rèn)設(shè)置為由“Torque DAC Setting”和“Full Scale Current”所定義運(yùn)行電流的 50%?？奢斎氲淖钚≈禐?1%。啟用此功能，并設(shè)置所需的保持電流值以及您應(yīng)用所需的延遲時(shí)間。
圖 6-5 驅(qū)動(dòng)器輸出狀態(tài). - Auto-microstepping：啟用后，此功能會(huì)自動(dòng)將步進(jìn)輸入脈沖內(nèi)插到 RES_AUTO 下拉菜單中選定的自動(dòng)微步進(jìn)模式。
圖 6-6 自動(dòng)微步進(jìn)和 RES_AUTO - Step Edge：該設(shè)置會(huì)選擇上升沿或兩個(gè)邊沿的階躍輸入響應(yīng)。默認(rèn)設(shè)置為 Rising Edge。選擇“Both Edge”選項(xiàng)后，電機(jī)會(huì)以兩倍的目標(biāo)速度步進(jìn)。相應(yīng)地設(shè)置“Target Speed”，以避免電機(jī)失速。
圖 6-7 階躍邊沿 - Control Mode：這是一項(xiàng) GUI 應(yīng)用程序功能，允許在“Speed”模式和“Step”模式之間進(jìn)行選擇。在“Speed”模式下，電機(jī)可使用定義的加速和減速率運(yùn)動(dòng)曲線以設(shè)定的目標(biāo)速度運(yùn)行。在“Step”模式下，可以通過在設(shè)定的目標(biāo)速度下設(shè)置所需的步進(jìn)數(shù)來將電機(jī)步進(jìn)至所需位置。當(dāng)目標(biāo)速度設(shè)置為 1 PPS（每秒脈沖）時(shí)設(shè)置如果將啟動(dòng)、停止、加速率和目標(biāo)速度設(shè)置為相同的值，將直接以目標(biāo)速度啟動(dòng)電機(jī)。要從高于 400 PPS 的目標(biāo)速度過渡到低于 400 PPS 的速度（或者相反），您必須停止電機(jī)然后再次啟動(dòng)電機(jī)。這僅適用于與我們的 EVM 配合使用的 GUI，這不是電機(jī)驅(qū)動(dòng)器限制。
圖 6-8 控制模式
圖 6-9 基于輸入的 STEP 控制面板 - Stall Detection：可以使用“Initiate Stall”滑動(dòng)開關(guān)啟用此功能。啟用后，GUI 會(huì)顯示所有失速檢測設(shè)置和功能。失速檢測可用于學(xué)習(xí)模式，該模式可使用學(xué)習(xí)過程自動(dòng)學(xué)習(xí)失速閾值，也可通過禁用“Learn Mode”手動(dòng)進(jìn)入失速閾值模式。失速檢測需要驅(qū)動(dòng)器以智能調(diào)優(yōu)紋波控制衰減模式運(yùn)行，這是器件的默認(rèn)設(shè)置?？梢允褂谩癝TEPPER MOTOR CONTROL”選項(xiàng)卡中的“Decay Mode”GUI 按鈕來修改衰減模式。EVM 上的測試點(diǎn) A3 會(huì)輸出與扭矩計(jì)數(shù)等效的模擬電壓，每 8ms 更新一次。扭矩計(jì)數(shù) = (輸出電壓 x 4095) / 3.3。
圖 6-10 失速檢測GUI 應(yīng)用程序具有在加速期間禁用失速檢測的功能。此功能默認(rèn)設(shè)置為“Disabled”。在執(zhí)行失速閾值學(xué)習(xí)之前，等待 LED D10 熄滅指示的加速完成。
圖 6-11 衰減模式注： 加速期間禁用失速檢測時(shí)，扭矩計(jì)數(shù)為 4095。加速完成后，失速檢測會(huì)自動(dòng)啟用，并顯示實(shí)際扭矩計(jì)數(shù)。在學(xué)習(xí)模式下，在無負(fù)載的情況下以所需的目標(biāo)速度運(yùn)行步進(jìn)電機(jī)。等待出現(xiàn)“Stall Detection”消息顯示“Please stall motor to complete Stall Threshold learning sequence”和“Relearn Stall Threshold”按鈕。然后使用一對(duì)帶軟鉗口的鉗子安全地手動(dòng)停止電機(jī)，如果您使用具有機(jī)械行程末端硬停止位置的線性系統(tǒng)，請讓電機(jī)達(dá)到物理停止位置。成功的失速閾值學(xué)習(xí)將通過復(fù)選標(biāo)記圖標(biāo)和文本“Stall threshold learning sequence complete”來指示。按下“Relearn Stall Threshold”按鈕可隨時(shí)進(jìn)行重新學(xué)習(xí)。如果“Active Stall Detection”設(shè)置為“Stop driving after stall”，并將“Reverse direction on stall fault”設(shè)為關(guān)閉（這恰好是默認(rèn)設(shè)置），電機(jī)將在學(xué)習(xí)完成后立即停止，GUI 狀態(tài)面板中的“Stall Detection”指示燈將變?yōu)榧t色。按下 GUI 中故障狀態(tài)指示燈右側(cè)的“Clear”按鈕后，可以再次運(yùn)行電機(jī)。如果您想在失速后繼續(xù)驅(qū)動(dòng)，可以在下面啟用它。
圖 6-12 失速閾值學(xué)習(xí)在手動(dòng)失速閾值進(jìn)入模式下，運(yùn)行電機(jī)并將運(yùn)行“Stall Threshold”滑塊設(shè)置為零。它顯示的扭矩計(jì)數(shù)以及繪制隨時(shí)間變化的曲線圖。如果在使用高 DCR 步進(jìn)電機(jī)時(shí)扭矩計(jì)數(shù)較低，請使用 x8 倍頻器。記錄扭矩計(jì)數(shù)并將閾值設(shè)置為扭矩計(jì)數(shù)值的 50% 或更低。按照與學(xué)習(xí)模式操作中相同的步驟檢測電機(jī)失速。按下“Export Torque Count Values”，將 512 個(gè)歷史扭矩計(jì)數(shù)值導(dǎo)出到 Excel 文件。
圖 6-13 失速后繼續(xù)驅(qū)動(dòng)注： 在此預(yù)量產(chǎn)器件版本中，存在一個(gè)無法清除 FAULT 寄存器中的 STL 位的已知問題。為解決此問題，請使用“Keep driving after stall”設(shè)置進(jìn)行“Active Stall Detection”，或在成功學(xué)習(xí)序列后打開“Reverse direction on stall fault”。
圖 6-14 扭矩計(jì)數(shù)和導(dǎo)出扭矩 - Custom microstepping：要設(shè)置和啟用此功能，請使用“CUSTOM MICROSTEPPING”選項(xiàng)卡。自定義微步進(jìn)允許用戶定義自定義電流波形，而不是由集成微步進(jìn)分度器定義的正弦波。啟用自定義微步進(jìn)后，無論設(shè)置如何，驅(qū)動(dòng)器都會(huì)忽略集成微步進(jìn)設(shè)置。
用戶可使用下拉菜單在“User Defined”（默認(rèn)值）或 GUI 中提供的三個(gè)其他預(yù)設(shè)選項(xiàng)之間進(jìn)行選擇。這是為便于使用而提供的 GUI 功能。點(diǎn)擊所需的選項(xiàng)，例如“Triangular”，將寄存器 CUSTOM_CURRENT1 自動(dòng)填充到 CUSTOM_CURRENT8。寄存器 CUSTOM_CURRENT1 至 CUSTOM_CURRENT8 定義相電流電周期的第一象限。器件會(huì)自動(dòng)填充其余象限，包括整個(gè)電氣周期的零值。如果選擇了“User Defined”選項(xiàng)，請輸入所需波形的值。在寄存器中填充了所需的值后，啟用“Custom-microstepping”滑動(dòng)開關(guān)。
圖 6-15 自定義微步進(jìn) - Silent step Decay mode：要設(shè)置和啟用此功能，請使用“SILENT STEP”選項(xiàng)卡。注： 失速檢測功能只有在智能調(diào)優(yōu)紋波控制衰減模式下才有效。使用“Silent Step Decay Mode”時(shí)禁用失速檢測。
將“Silent Step Decay Mode”滑動(dòng)開關(guān)設(shè)置為“Enabled”。為您的應(yīng)用選擇所需的靜音步進(jìn)轉(zhuǎn)換閾值步進(jìn)速率。從 KP 值 32 開始，并根據(jù)應(yīng)用情況微調(diào) KP 和 KI。靜音步進(jìn)衰減模式有利于電機(jī)的低步進(jìn)速率運(yùn)行，尤其是在 1/4、1/2 和全步進(jìn)等低微步進(jìn)設(shè)置下。
使用以下過程演示此功能。從“Speed”控制模式下 GUI 的默認(rèn)設(shè)置開始。將“Target Speed”降至 2000 PPS 并將“Step Mode”更改為 1/4 步進(jìn)。運(yùn)行步進(jìn)電機(jī)。在使用這些設(shè)置運(yùn)行時(shí)，電機(jī)通常會(huì)產(chǎn)生可聞噪音。切換到“SILENT STEP”選項(xiàng)卡。將“Silent Step Decay Mode”滑動(dòng)開關(guān)設(shè)置為“Enabled”。將“Silent Step Transition Threshold”選擇為 400Hz。將 KP 值設(shè)置為 32。電機(jī)會(huì)以靜默方式運(yùn)行。
圖 6-16 靜音步進(jìn)控制面板 - Auto Torque：要設(shè)置和啟用此功能，請使用“AUTO TORQUE”選項(xiàng)卡。以下示例介紹了如何使用額定電流為 1.7A 的 J-4218HB2401 NEMA17 雙極步進(jìn)電機(jī)（通常用于 3D 打印機(jī)）設(shè)置自動(dòng)扭矩。額定電流大于 3A 的 24V 電源用于為 EVM 供電。
- 從 EVM 的默認(rèn)設(shè)置開始。使用按鈕 S1 執(zhí)行 EVM 固件復(fù)位將加載 EVM 的默認(rèn)設(shè)置。點(diǎn)擊 GUI 主頁上的 DRV8462EVM 圖標(biāo)，在 GUI 應(yīng)用程序和 EVM 之間建立連接。
- 轉(zhuǎn)至左側(cè)菜單欄中的“Motor Control”菜單。將“Motor Driver”設(shè)置為“Awake”。在“STEPPER MOTOR CONTROL”選項(xiàng)卡中將“Full-Scale Current”設(shè)置增加到 2A。將“Driver Outputs”設(shè)置為“Enable”。使用“Start Input based STEP”按鈕啟動(dòng)電機(jī)。
- 切換至 GUI 的“AUTO TORQUE”選項(xiàng)卡。使用滑動(dòng)開關(guān)啟用“Auto Torque”模式。
- 接下來，當(dāng)電機(jī)空載運(yùn)行并使用“Learn”參數(shù)的默認(rèn)設(shè)置時(shí)，按下“Auto Torque Learn”按鈕啟動(dòng)學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)完成后，系統(tǒng)會(huì)立即顯示一個(gè)帶有“Learn Completed”字樣的綠色復(fù)選標(biāo)記。通過按下“Auto Torque Learn”按鈕，可以隨時(shí)在電機(jī)空載運(yùn)行的情況下完成重新學(xué)習(xí)。預(yù)量產(chǎn)器件要求在開始學(xué)習(xí)之前將 KP 值設(shè)置為 1。量產(chǎn)器件沒有此項(xiàng)要求。
- 在“Loop Regulation”部分配置最小和最大電流限制值。這些是 8 位整數(shù)值，以十進(jìn)制表示為 0 至 255。將最小電流限制值設(shè)置為 48，該值可以等于 (48/256) * 2A，即 375mA。在 375mA 驅(qū)動(dòng)電流下，該步進(jìn)電機(jī)將具有足夠的扭矩，能夠在輕負(fù)載下運(yùn)行，而不會(huì)丟失步進(jìn)或失速。這是在應(yīng)用中選擇最小電流限制值的標(biāo)準(zhǔn)。將最大電流限制值設(shè)置為 192，該值可以等于 (192/256) * 2A，即 1.5A。如果應(yīng)用需要，可以選擇更高的最大值。自動(dòng)扭矩可在瞬態(tài)較高負(fù)載轉(zhuǎn)矩期間允許電機(jī)短時(shí)間過驅(qū)。
圖 6-17 自動(dòng)扭矩控制面板右側(cè)的圖表顯示以下各項(xiàng)的數(shù)據(jù)：
Auto Torque Count（藍(lán)色實(shí)線）
Auto Torque Current DAC（橙色實(shí)線）
Auto Torque Count Upper Limit（上方藍(lán)色虛線）
Auto Torque Count Lower Limit（下方藍(lán)色虛線）
Maximum Current Limit（上部橙色虛線）
Minimum Current Limit（下部橙色虛線）
Auto Torque Count Overflow（右上角紅色/綠色錯(cuò)誤指示器）
Auto Torque Count Underflow（右下角紅色/綠色錯(cuò)誤指示器）
按下“Export Torque Count Values”，將 1024 個(gè)歷史扭矩計(jì)數(shù)值導(dǎo)出到 Excel 文件。
- 現(xiàn)在，在無負(fù)載的情況下觀察“Auto Torque Count”值。使用觀察到的值范圍設(shè)置“Auto Torque Count”上限和下限。自動(dòng)扭矩算法通過調(diào)制介于 375mA 和 1.5A 之間的滿量程電流，將 ATQ_CNT 值保持在由 ATQ_UL 和 ATQ_LL 定義的滯環(huán)范圍內(nèi)。
- 有關(guān)自動(dòng)扭矩功能的詳細(xì)說明，請參閱 DRV8462 數(shù)據(jù)表，其中包括有關(guān)如何根據(jù)您的應(yīng)用設(shè)置和調(diào)整其運(yùn)行的詳細(xì)信息。
- 除了基于 SPI 的寄存器受控操作，DRV8462 器件還支持器件數(shù)據(jù)表中所述的 GPIO 受控操作。GUI 還允許在此模式下運(yùn)行器件。默認(rèn)情況下，GUI 會(huì)顯示“SPI”受控操作。要使用 GPIO 控制操作器件，請?jiān)凇癝TEPPER MOTOR CONTROL”選項(xiàng)卡的“Interface Mode”選擇器中選擇“H/W”。只有當(dāng)“Motor Driver”滑動(dòng)開關(guān)處于“Asleep”位置時(shí)，才能更改選擇器。
圖 6-18 接口模式選擇器 - Fault Configuration：在 SPI 模式下，故障配置控制臺(tái)可用于設(shè)置必要的故障檢測和報(bào)告方案。按“Fault Status”面板中的“Configure”按鈕小工具，如故障配置按鈕小工具中所示。系統(tǒng)會(huì)立即彈出“Fault Configuration”窗口。
圖 6-19 故障配置按鈕小工具- 該控制臺(tái)允許用戶啟用/禁用開路負(fù)載檢測、開路負(fù)載檢測時(shí)間等，請參閱故障配置彈出窗口，根據(jù)需要查看和修改故障報(bào)告和配置。完成所有修改后，可關(guān)閉彈出窗口以訪問主 GUI 界面以進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)估。
圖 6-20 故障配置彈出窗口
- 該控制臺(tái)允許用戶啟用/禁用開路負(fù)載檢測、開路負(fù)載檢測時(shí)間等，請參閱故障配置彈出窗口，根據(jù)需要查看和修改故障報(bào)告和配置。完成所有修改后，可關(guān)閉彈出窗口以訪問主 GUI 界面以進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)估。