如何实现TMC260/TMC2660/TMC262步进电机驱动？

1.TMC260
  TCM260是德国TRINAMIC公司产的步进电机驱动芯片，综合性能应该是步进电机驱动芯片中排前列的，当然价格也是。TMC260程序上兼容TMC2660、TMC262，其中TMC2660是比较新的型号，驱动电流也比TMC260要大；TMC262是外置mos管，可驱动大功率步进电机，如57步进电机等。在之前“用过的几款步进电机驱动IC”的文章中，有简单介绍过，因此有坛友发私信或者留言询问该芯片的驱动程序，所以总结下自己的使用经验。

  其实集成步进电机驱动芯片，对于驱动电机来说是非常简易，通过脉冲方波或者总线（spi、i2c）发送指令即可驱动。TMC260也不例外，TMC260有两种驱动电机转动的方式，一是通过脉冲方波，二是通过spi接口发送指令。但是TMC260中有关参数的设置必须通过spi接口进行操作，如电流大小（力矩）、细分步矩角以及获取状态信息等。

  对于spi发送命令的控制方式，可能会存在延时，特别是一类总线为了便于用户层调用，对spi总线进行了多层封装的情况下，如在RTOS中。为提高电机速度，鄙人用的是第一种方式，通过脉冲方波控制电机转动，电机的相关参数则通过spi总线设置或者获取。对于转动控制则比较好理解和实现，通过定时器或者PWM输出控制“STEP”引脚即可，脉冲频率的高低控制转动速度的快慢；控制方向通过普通IO口控制“DIRECT”引脚高低电平切换，故这块不作赘述。下面重点介绍下spi配置参数方面，如果参数没有正确配置，也是无法控制电机转动或者出现转动噪音大的情况。


2.TMC260 SPI总线实现
  spi总线依然是基于“spi抽象/硬件spi”中的spi封装函数。
首先定义TMC260 spi总线指针设备和TMC260指针设备。
  源码中，命名是TMC2660，因为后面更换使用为TMC2660，但程序完全兼容。


static struct spi_dev_device    tmc2660_spi_dev[1];//暂时只有一个电机
static struct spi_bus_device    spi_bus0;


第二步，实现spi 总线片选函数，即是普通IO口翻转。


static void spi0_cs(unsigned char state)
{
    if (state)
        GPIO_SetBits(TMC2660_PORTY_CS, TMC2660_GPIOY_CS);
    else
        GPIO_ResetBits(TMC2660_PORTY_CS, TMC2660_GPIOY_CS);
}


第三步，TMC260收发函数实现。


static u32 tmc2660_spi_xfer(u8 spi_no,u32 write_data)
{
    u8 send_buff[3],recv_buff[3];
    u32 recv_data= 0;


    send_buff[0] = (write_data>>16)&0xff;
    send_buff[1] = (write_data>>8)&0xff;
    send_buff[2] = (write_data&0xff);
    spi_send_recv(&tmc2660_spi_dev[spi_no],send_buff,recv_buff,3);
    recv_data = recv_buff[0]<<16 | recv_buff[1]<<8 | recv_buff[2];


    return (recv_data&0x0fffff);
}


其中：
—TMC260 spi是非标spi，一帧完整的数据是20bit，可以通过硬件spi驱动，无效位会自动忽略，如下图，从手册中获悉，使用24bit（3字节）传输，高4bit会自动忽略。所以这里还是用硬件spi。




—20bit的数据，spi设置为8bit模式，所以最少需要3字节（24bit）的缓存。
—返回值即是芯片的状态信息，每发一帧都会有相关信息返回。
—输入参数，分别是spi端口号和待写的数据。
—从时序图分析，用到的是spi封装函数中的“spi_send_recv”，即是发送完成同时也完成数据的接收，效率非常高。

3.TMC260 寄存器配置
  TMC260严格来说没有标准寄存器，在一串20bit的串行数据流中，以高3位选择不同的功能，后面17位表示数据，包括写入或者返回的状态数据。





  
每一个寄存器都有详细的描述和使用方式，代码中进行宏定义。


#define     REG_DRVCTRL         0X00000000
#define     REG_CHOPCONF        0X00080000
#define     REG_SMARTEN         0X000A0000
#define     REG_SGCSCONF        0X000C0000
#define     REG_DRVCONF         0X000E0000


1）REG_DRVCTRL
  控制寄存器，如设置电流细分，其中细分数从1到256。


#define     MICROSTEP_256       0X00
#define     MICROSTEP_128       0X01
#define     MICROSTEP_64        0X02
#define     MICROSTEP_32        0X03
#define     MICROSTEP_16        0X04
#define     MICROSTEP_8         0X05
#define     MICROSTEP_4         0X06
#define     MICROSTEP_2         0X07
#define     MICROSTEP_1         0X08


  函数如下：


void tmc2660_set_subdivide(char mode,u8 motor_index)
{
        u8  step = 0;
        u32 cmd = 0;


        switch(mode)
        {
                case 0:
                        step = MICROSTEP_1;
                break;
                case 1:
                        step = MICROSTEP_2;
                break;
                case 2:
                        step = MICROSTEP_4;
                break;
                case 3:
                        step = MICROSTEP_8;
                break;
                case 4:
                        step = MICROSTEP_16;
                break;
                case 5:
                        step = MICROSTEP_32;
                break;
                case 6:
                        step = MICROSTEP_64;
                break;
                case 7:
                        step = MICROSTEP_128;
                break;
                case 8:
                        step = MICROSTEP_256;
                break;
                default:
                        step = MICROSTEP_16;
                break;
        }
        cmd = REG_DRVCTRL | step;
        tmc2660_spi_xfer(motor_index,cmd);
}


2）REG_CHOPCONF 暂未用到。
3）REG_SMARTEN 智能设置，默认自动模式，暂未用到。
4）REG_SGCSCONF
  配置寄存器，如设定最大输出电流，即是电机力矩。


void tmc2660_set_force(u8 force,u8 motor_index)
{
        u8 temp;
        int cmd = 0;


        temp = force/8;
        cmd = REG_SGCSCONF | SCG_DEFAULT | temp;
        tmc2660_spi_xfer(motor_index,cmd);
}


5）REG_DRVCONF
动力相关配置寄存器，如可以选择大电流模式，或者普通模式。
大电流模式：


tmc2660_spi_xfer(0,REG_DRVCONF | 0X0010);


普通模式：


tmc2660_spi_xfer(0,REG_DRVCONF | 0X0050);


4.TMC260初始化


void tmc2660_init(u8 motor_index)
{      
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;


    //spi io
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
    //spi cs PA4
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = TMC2660_GPIOY_CS;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init(TMC2660_PORTY_CS, &GPIO_InitStructure);
    //device init
    stm32f1xx_spi_init(&spi_bus0,8,0,0);
    tmc2660_spi_dev[0].spi_cs = spi0_cs;
    tmc2660_spi_dev[0].spi_bus = &spi_bus0;     
    //enable
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = TMC2660_GPIOY_EN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;                    
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                  
    GPIO_Init(TMC2660_PORTY_EN,&GPIO_InitStructure);
    //step  
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = TMC2660_GPIOY_STEP;                                       
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;     //推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                  
    GPIO_Init(TMC2660_PORTY_STEP,&GPIO_InitStructure);
    //dir  
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = TMC2660_GPIOY_DIR;                                       
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;                    
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                  
    GPIO_Init(TMC2660_PORTY_DIR,&GPIO_InitStructure);


    //原点光电开关 PB11
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  SenseY_GPIO;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;   //上拉输入
    GPIO_Init(SenseY_PORT, &GPIO_InitStructure);


    TMC2660_OUTY_CS     = 1;
    TMC2660_OUTY_EN     = 0;                                                                        //enable
    TMC2660_OUTY_DIR    = 0;                                                                        //正反转控制


    tmc2660_spi_xfer(YMOTOR,REG_DRVCONF | 0X0050); //0X0010->305mV  0X0050->165mV 与电机电流相关
    tmc2660_spi_xfer(YMOTOR,REG_DRVCTRL | MICROSTEP_16);
    tmc2660_spi_xfer(YMOTOR,0x901b4);   //0x94557
    tmc2660_spi_xfer(YMOTOR,0xa0202);   //0xa0202->1/2CS 0xa8202->1/4CS
    tmc2660_spi_xfer(YMOTOR,REG_SGCSCONF | SCG_DEFAULT | 0x00); //后5位为电流大小
    tmc2660_set_force(0,YMOTOR);
    tmc2660_set_subdivide(0x04,YMOTOR);
}


主要功能包括：
1）IO口初始化，步进控制、方向控制、使能控制、原点位置等IO口初始化。
2）spi总线指针初始化。
3）TMC2660控制芯片默认参数配置。