TMC5160步进电机驱动芯片，简析

1.内容来自TMC5160数据手册，个人的理解简单做下笔记；
2.TMC5160做为驱动芯片，单片机作为控制器，控制一个或多个5160；
3.linux应用端和控制器通信；
4.我个人仅仅站在应用的角度去分析，不涉及过多电子方面；
5.按照章节，挑选重点，做个笔记；

0.目录

TMC5160 是…的步进电机控制驱动芯片，将实现自动目标定位的灵活斜坡发生器和业界最先进的步进电机驱动器结合在一起。
TRINAMICs 先进的 spreadCycle 和stealthChop 斩波器，驱动器可绝对无噪音的运行，并实现最大效率和最佳电机扭矩控制。

0.1 特点和优势

以下是该芯片的核心内容：

• 高达 20A 线圈电流的两相步进电机(外部 MOSFETs )
• 支持 sixPoint™的运动控制器
• 支持microPlyer™微步插值功能的的步进/方向接口
• 电压范围 8…60V 直流
• SPI 和单线 UART 编码器接口和 2个参考开关输入
• 256 微步
• stealthChop2™斩波模式，安静平滑的运行
• 电机中速运行的共振衰减
• spreadCycle™ 高动态电机控制斩波器
• dcStep™ 负载相关关速度控制
• stallGuard2™ 高精度的无传感器负载检测
• coolStep™ 电流控制，能量能减少 75%
• 被动制动和空转模式
• 全面保护和诊断
  …
  本文完
  …

下图是驱动两个步进电机的应用。 当然我们是和这个cpu通信的；

1. 操作原则

TMC 5160提供三种基本操作模式:

模式1 :全功能运动控制和驱动器
所有步进电机逻辑完全在 TMC5160 内。不需要软件来控制电机——只需提供目标位置。SD_ MODE 接地使能此模式
模式 2 :脉冲和方向驱动器
像 TMC 4361 这样的外部高性能 S-ramp 运动控制器或 CPU 产生与系统内其他部件（如电机）同步的脉冲和方向信号。TMC5160 控制电流和运动模式，并反馈电机状态。microPlyer 自动平滑运动。SD _ MODE 接高电平使能此模式。
模式3 :简单的步进和方向驱动器
TMC 5160根据步进和方向信号控制电机。microPlyer自动平滑运动。不需CPU；配置由硬件引脚完成。静止保持电流控制由TMC 5160完成。可选的反馈信号作为错误检测和同步标志的输出。SPI_MODE接地，SD_MOD接高电平使能此模式

1.1 关键概念

TMC 5160实现了TRINAMIC产品独有的高级功能。这些特征在许多步进电机应用有效的提高了精度、能效、可靠性、平滑性和能耗。

stealthChop2™ 无噪声、高精度斩波算法，用于电机的静止和运动状态下的静音控制。stealthChop2在stealthChop 的基础上，加快了电机运动加减速特性，降低的所需的电流最小值。（spreadCycle的加强版静音模式）
spreadCycle™ 高精度斩波算法，用于高动态电机运动和产生绝对干净的电流波。低噪音、低共振和低振动斩波器。(正常模式)
dcStep™ 负载相关速度控制。电机尽可能快地移动，不失步
stallGuard2™ 无传感器堵转检测和机械负载测量。
coolStep™ 根据负载自适应电流，可将能耗降低 75 %。
microPlyer™ 细分内插器，用于从全步开始，以较低分辨率步长输入获得全 256 微步的平滑度（平滑模式）
除了这些性能增强之外，TRINAMIC电机驱动器还提供了检测和防止短路输出、输出开路、过热和欠压情况的保障措施，以增强安全性和故障恢复。

1.2 静止态自动降电流

1.3 stealthChop2 & spreadCycle 驱动

stealthChop 基于电压斩波器的原理。除了电机机械滚轮轴承产生的噪音，它特别保证了电机在静止和慢动作时绝对安静。不同于其他电压模式斩波器,stealthChop2 不需要任何配置。通电后，它会在第一次运动中自动学习最佳设置，并进一步优化后续运动中的设置。初始的归零过程足以使系统完成stealthChop 最佳配置。也可以选择，通过接口预先配置初始学习参数stealthChop2 通过对电机速度的变化立即做出反应，允许高的电机动态。
对于高动态的应用，spreadCycle是除stealthChop2之外的选项。它可以通过输入引脚(独立模式)或SPI或UART接口配置。stealthChop2和spreadCycle甚至可以结合使用，以达到两者的最佳效果: stealthChop2
用于无噪音的静止状态，无声平滑的性能，spreadCycle用于高动态，低振动和最高的峰值速度。

spreadCycle方案自动集成和调节快衰减周期，以保证平滑过零性能。
stealthChop2 优势: - 显著改善了低成本电机微步性能

• 电机运行平稳安静
• 绝对没有待机噪音
• 降低机械共振产生改善的扭矩

总结：spreadCycle是周期斩波模式。它在很宽的速度和负载范围内提供平稳的操作和良好的共振阻尼。
stealthChop2就更厉害了，亲测，确实可以降低运行噪音；但是官方有吹牛嫌疑

1.4 stallGuard2 – 机械负载传感

stallguard 2提供了对电机负载的精确测量。它可以用于堵转检测，也可以用于低于使电机失步的负载下的其他用途，例如coolStep负载自适应调节电流。这提供了更多关于驱动器的信息，允许诸如无传感器归零和驱动器机械诊断之类的功能。

1.5coolStep –负载自适应电流控制

coolstep 以最佳电流驱动电机。它根据 stallguard2 负载测量信息将电机电流调整到实际负载所需的最小量。节约了能源，降低了芯片的温度。
好处是:

• 能效能效功耗降低高达 75 %
• 电机产生较少热量 提高了机械精度
• 较少或没有散热 提高了可靠性
• 使用较小的电机 减少所需的转矩→成本较低的电机完成这项工

2 stealthChop 和 spreadCycle 两者组合

对于需要高速运动的应用，spreadCycle在高速运行更稳定。为了将无噪音与最高的动态性能相结合，可以设置速度阈值将spreadCycle和stealthChop结合在一起。stealthChop只在低于这个速度阈值时有效。

当然，也可以代码去实现，判断运行的最大速度，来完成stealthChop 和 spreadCycle模式的切换；

3. 选择采样电阻