TMC4671驅動步進電機之tmc4671配置代碼與TMC4671模擬編碼器設置

ADI TMC4671是一款完全集成的伺服控制器，可為BLDC/PMSM和兩相步進電機以及直流電機和音圈提供磁場定向控制（FOC）。所有控制功能都在硬件中實現(xiàn)。TMC4671可以為直流無刷電機、永磁同步電機、2相步進電機、直流有刷電機和音圈電機提供磁場定向控制。

此外TMC4671還集成 ADC、位置傳感器接口、位置插值器，為廣泛的伺服應用提供功能齊全的伺服控制器。

TMC4671硬件集成的電機控制算法及三環(huán)控制算法使得開發(fā)電機不需要編寫一行代碼即可完成。

而且TMC4671具有高達100kHz的開關頻率和控制器更新速率，并具有濾波和插值功能，如數(shù)字霍爾信號插值，以實現(xiàn)更順暢的操作。該集成電路可以與各類編碼器協(xié)同工作：從A/B/Z增量式簡單的數(shù)字或模擬霍爾傳感器到高分辨率正弦/余弦模擬編碼器。傳感器可靈活地映射為位置和速度控制回路的輸入。憑借其delta-sigma電流檢測ADC，TMC4671非常適合用于隔離式delta-sigma前端。

TMC4671性能描述：

○ 帶有磁場矢量控制（FOC）的伺服控制芯片

轉矩控制模式

速度控制模式

位置控制模式

電流控制刷新頻率和最大的PWM頻率為100KHz （速度和位置控制的刷新頻率可以根據(jù)當前電流刷新頻率的倍數(shù)配置）

○ 控制功能/ PI控制器

中期結果的輸入和輸出可編程斬波

以積分電路結尾保護所有控制

可編程的電壓循環(huán)向導限制器

目標值的前饋補償和前饋摩擦補償

高級前饋控制結構，實現(xiàn)最佳軌跡跟蹤性能

擴展的中斷請求掩蔽選項和限制器狀態(tài)寄存器

具有霍爾傳感器或/和最小移動的高級編碼器初始化算法

○ 運動控制和坡形控制

控制結構的梯形速度斜坡

脈沖/方向接口，方便定位

○ 支持的電機種類

直流無刷電機

永磁同步電機

2相步進電機

直流有刷電機

音圈電機

○ 位置反饋

開環(huán)位置發(fā)生器（可編程的PRM，RPM/S）用于初始化配置

數(shù)字增量編碼器（ABN，ABZ 高達5MHz）

第二路數(shù)字量編碼器輸入（雙反饋）

數(shù)字霍爾輸入接口帶有臨時位置插補功能（H1， H2， H3 resp. HU， HV ， HW）

模擬量編碼器/模擬量霍爾輸入接口（SinCos （0?°， 90?°） or 0?°， 120?°， 240?°）

多圈位置計數(shù)器（32位）

目標位置、速度和目標轉矩濾波（雙階）

○ PWM包括SVPWM

可編程的PWM頻率范圍從20KHz100KHzn

可編程的BBM（BrakeBeforeMake）時間（偏低，偏高）0 ns 。 。 。 2.5_s在10ns步驟內(nèi)和柵極驅動輸入信號

PWM自動調(diào)整，用于運動期間改變PWM頻率

○ SPI通訊接口

40位數(shù)據(jù)長度（1個ReadWrite位+7個地址位+32個數(shù)據(jù)位）

立即SPI讀取響應（通過單個數(shù)據(jù)報進行寄存器讀取訪問）

SPI時鐘頻率高達1 MHz（未來版本為8 MHz）

○ TRINAMIC實時監(jiān)控接口（SPI Master）

通過TRINAMIC的實時監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)高頻采樣

需要PCB上的單個10針高密度連接器

高級控制器通過頻率響應識別和高級自動調(diào)諧支持使用TRINAMIC IDE調(diào)整選項

○ UART調(diào)試接口

3引腳（GND， RxD， TxD） 3.3V UART接口（1N8; 9600 （default）， 115200， 921600， or 3M bps）

簡易寄存器訪問并行于嵌入式用戶應用程序接口（SPI）

○ 供電電壓：5V和3.3V;1.8V的VCC_CORE由內(nèi)部產(chǎn)生

○ IO電壓：3.3V用于所有的數(shù)字（可由VCCIO選擇提供）；5V插分模擬量輸入范圍，3V為單端輸入范圍

○ 時鐘頻率：25MHz（需要外部振蕩器）

○ 封裝：QFN76

TMC4671驅動步進電機之tmc4671配置代碼與TMC4671模擬編碼器設置

下面我們分享一個Excelpoint世健邀請的21IC資深工程師TopGun評測ADI Trinamic的無刷電機控制開發(fā)板案例。

通過Motor Control連接板實現(xiàn)套件的級聯(lián)：

工程師本人手上有個帶霍爾傳感器的無刷電機，剛好可以用來測試這個TMC4671套件。接好電源、電機三相線及霍爾接線，再用type-c線連接套件和電腦。

打開TMCL-IDE后，可以看到已經(jīng)可以識別到Landungsbruecke主板，固件版本也能正常獲取為V3.08。

在右邊的配置面板可以自己選擇板子的型號，也可以點擊“Scan”自動掃描板子。

選擇TMC4671-EVAL板子配置，點擊“Wizard Pool”按鈕進行配置向導一步步對TMC4671進行配置。

第一步，配置一下套件的功能，因為測試電機沒有ABZ編碼器，所以這幾項得取消了。

接下來需要進行通用配置，此套件功率板用的是TMC6200-EVAL，電機類型選擇3-Three phase BLDC，電機的極對數(shù)選擇8，其他配置默認即可。

繼續(xù)配置開環(huán)參數(shù)，點擊“Set defaults”按鈕，拖動UD_EXT的滑動條，然后點擊“運行”按鈕，電機就會開始慢速轉動起來，左右兩邊的箭頭為控制轉動的方向，快進鍵為電機點動。

再下一個頁面是對ADC進行配置。此頁面只要能正常看到有ADC正弦波形即可，主要看ADC采集是否正常。

接下來對ADC進行偏移校準，兩路ADC軟件都通過實時采樣數(shù)據(jù)自動算好偏移值了，直接點一下“Set”按鈕就行了。

將頁面往下拉，需要確保三相的電壓和ADC采集的數(shù)據(jù)曲線重合，否則需要調(diào)整0x0A寄存器里面ADC的選擇配置，直到曲線基本重合。

接下來對霍爾傳感器進行配置，根據(jù)向導要讓霍爾信號與電信號交叉，因為測試電子自帶霍爾，所以不需要進行額外的校準，已經(jīng)可以直接使用了。

配置好霍爾傳感器進入測試步驟，首先點一下“Set defaults and start”按鈕，輸入目標電流點擊運行，觀測電機到電機能正常跑起來了，說明霍爾接口配置正常。到這里，配置向導基本完成，已經(jīng)對套件完成初始化配置了。

電機性能測試

初始化向導后，就可以對套件進一步調(diào)試了。首先，打開“Selectors”對電角度輸入源，速度反饋源位置反饋源進行配置，這里都設為霍爾傳感器作為反饋。

PID參數(shù)調(diào)節(jié)是電機控制的痛點，TMC上位機這邊提供了參數(shù)擬定的工具，選擇“Torque/Flux”，點擊“Start”開始后，就會自動對電機電流環(huán)進行參數(shù)擬定，擬定后的參數(shù)會自動同步到“PI control”中。

速度環(huán)的PI參數(shù)擬定也是同樣的邏輯。設定好目標速度后，選擇“Velecity”，點擊開始后，即可對速度環(huán)進行參數(shù)擬定。

PID參數(shù)擬定完畢，我們就可以來測測實際的運行性能了。首先，對電流環(huán)進行測試，設定目標電流后，利用左右箭頭兩種按鈕切換電機運行方向，通過換向來驗證階躍響應，也可自行微調(diào)PI參數(shù)達到更理想的運行效果。

接著，來測試速度環(huán)的性能。切換到速度模式，跟測試電流環(huán)一樣，手動控制電機運動換向測試響應和跟隨性，可以看到目標速度和實際反饋速度基本重合，說明跟隨性很不錯。

接著測試位置環(huán)，切換到位置環(huán)模式，設置目標位置，電機能很快運動到目標位置并收斂在目標位置。測試電機位置環(huán)，通過人為擰動電機，電機會很快就收斂到目標位置。不過，要想進一步提升位置環(huán)的性能，單純用霍爾傳感器是不夠的，一般位置環(huán)的應用一般需要增量編碼器或者絕對式編碼器。

如何使用 USB-2-RTMI（RTMI）去調(diào)試 TMC4671；以及TMC4671的三環(huán)配置方法詳細說明大家可以點擊參閱：http://ttokpm.com/soft/78/223/2020/202002061162162.html

本文也參考了很多Excelpoint世健 “電機開發(fā)利器——ADI TMC4671套件評測”該文的內(nèi)容，大家可以查看更詳細的tmc4671配置介紹：http://ttokpm.com/d/2142777.html

對電機驅動器及控制器 Trinamic TMC4671-ES 感興趣的可以前往華秋商城：https://item.hqchip.com/2500219060.html

TMC4671-Datasheet可以點擊查看 https://pdf.elecfans.com/Search?f=&q=tmc4671

http://ttokpm.com/soft/70/2021/202109281712396.html