智能步进电机驱控芯片TMC5160中文手册-带书签.pdf
中文版的芯片手册，官方刚翻译不久，本人添加了所有书签，包含我的笔记注释，绝对可以成倍提高开发效率！TMC5160 DATASHEET(Rev. 1.08/2018-NOV-19)目录10.1温度传感器3操作原则…看。香看音102短路保护..…731.1关键概念10.3开路诊断……751.2控制接口斜坡发生器…761.3软件1.4运动和控制电机11.1实际单位换算761.5静止态自动降电流.8112运动轮廓1.6 STEALTHCHOP2& SPREADCYCLE驱动……8113讴度阈值791.7 STALLGUARD2-机械负载传感114参考开关1.8 COOLSTEP-负载自适应电流控制…91.9 DCSTEP-负载相关速度控制…STALLGUARD2负载检测..821.10编码器接口∴…..10121调整 STALLGUARD2阈值SGT引脚分配12.2 STALLGUARD2更新速率和滤波器123检测电机堵转3521封装外形……11124用 STALLGUARD实现归零2.2信号描述12125 STALLGUARD2操作局限性85示例电路15COOLSTEP操作8631标准应用电路…15131对用户的好处…32外部栅极电压调节器.16132C00 OLSTEP设置.8633选择 MOSFET和斜率17133调节 COOLSTEP,883.4调整MOSF氏T桥臂19步进/方向接口sPI接口141时序4.1SP数据报结构.142改变分辩率4.2SP|信号23143 MICROPLYER和静止检测914.3时序24寄存器…D|AG输出…9251通用配置寄存器2715.1脉冲/方向模式925.2速度相关的驱动特性控制寄存器∴33152运动控制模式925.3斜坡发生器岢存器35DCSTEP 945.4编码嚣寄存器5.5电机驱动寄存器161用户好处42162设计 DCSTEP…STEALTHCHOP∴52163运动控制模式下的 DCSTEP9561参数自调整16.4 DCSTEP模式下的堵转检测9562 STEALTHCHOP选项16.5 DCSTEP操作中的测量电机实际速度.966.3 STEALTHCHOP电流调节器….16.6步进/方向模式下的 DCSTEP……976.4基于速度的定标……58紧急停止1006.5 STEALTHCHOP和 SPREADCYCLE两者组合.596.6 STEALTHCHOP的标志位增量编码器ABN接口∴1016.7空转和被动制动61181编码器时序102SPREADCYCLE和经典斩波方式63182没置编码器以匹配电机分辨率∴…..102183闭环10271 SPREADCYCLE斩波器647,2经典恒定关断时间斩波器67直流电机或螺线管104选择采样电阻19.1螺饯管操作104基于速度的模式挫制快速配置指南105诊断和保护73人门∴110www.trinamic.comTMC5160 DATASHEET(Rev. 1.08 /2018-NOV-19421.1初始化例程11027.2地的布线119独立操作模式273桥臂电压的布线119111274供电滤波119外部复位..113275布线示例120时钟振荡器和输入113封装机械数据.22241内部时钟…∴113281TQF48EP封装尺寸图…122242外部时钟113282 QFN-WA封装尺寸124283封装代码125最大电气参数设计理念,126电气特性114声明126261操作范围114262直流特性和时序…ESD敏感126115263热特性11732图表127布线考虑119修订历史128271芯片底部焊盘119参考…128www.trinamic.comTMC5160 DATASHEET(Rev. 1.08 /2018-NOV-19操作原则TMC5160运动控制和驱动芯片是C門U和大功率步进电机之间的智能功率接口器件。所有步进电机逻辑完全在TMC5160内,不需要软件来控制电机一一只需提供目标位置。TMC5160提供了许多独特的増强功能,这些功能通过集成的控制驱动器得以实现。TMC5160的六点斜坡发生器自动使用 stealthchoesTep, costEp, and stallguard2来优化每个电机的运动。TMC5160将TMC2100、TMC2130和TMC513系列扩展到更高的电压和更高的电机电流TMC5160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—一只需提供目标位置。SDMoDE接地使能此模式模式2:脉冲和方向驱动器像TMC4361这样的外部高性能S-rεmp运动制器或￠pU产生与系统內其他部件(如电杌)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。 micro Plyer自动平滑运动。SDMⅥODE接高电平使能此模式。模式3:简单的步进和方向驱动器TMC5160裉据步进和方向信号控制电机。 micro Plyer自动平滑运动。不需要CPU:配置由硬件引脚完成。静止保持电流控制由TMC5160完成。可选的反馈信号作为错误检测和冋步标志的输岀。SP|MODE接地, SD MOD接高电平使能此模式TMC5160SOUTI StepBlABREMP generatethtronmotor driversA interfaceeado,dle千aprag"arnrsteppemctoDIAG/INT out4206 er tryDIAGO SWNngle wirak dlanosicsinfare16MH亿r→HtellGuard2Tudose:3V。-5vCC 10一oth GD: UART modeoct driver enable图11TMC5160基本应用框图(运动控制器)www.trinamic.comTMC5160 DATASHEET(Rev. 1.08 /2018-NOV-192OUTtage TMC5160redUcionInterfacespread OyclestealthahopSRBHsteppeDIAG/INTDIAG1ingle wira931. 121 MHtCKINstallGuard2Tv图12TMC5160步进/方向模式应用框图TMC5160carge pumAnigratioDMD2ConfiguratonCntrol resisterpmgrarmmahlAmotorspreadace (CNDCFGSllIndex pulseDriver erpBMMA23.3v5r5vCC villagec1→SRALStandalone modeapt driver enable图13TMC5160独立模式驱动器应用框图11关键概念TMC5160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。www.trinamic.comTMC5160 DATASHEET(Rev. 1.08 /2018-NOV-19stealth Chop2m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。 stealth Chop2在stealthChoρ的基础上,加快了电机迳动加减速特性,降低的所需的电流最小值。spread cycleˉ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。低嗓音、低共振和低振动圻波器。dcstep7负載相关速度控制。它机尽可能快地移动,不失步stal guard2w无传感器堵转检沏和机槭负載测量coo/Step根据负载自适应电流,可将能耗降低75%micro Plyer细分内抬器,用于从全步开始,以较低分辨率步长输入获得仝256微步的平滑度除了这些性能増强辶外, TRINAMIC电机驱动器还提供了裣测和防上短路输岀、输岀开路、过热和欠压情况的保障措施,以增强安全性和故障恢复。12控制接口TMC5160支持SP接口和带有CRC校验的UART单线接口。此外还支持为无需寄存器配置的独立STEPDR模式。配置引脚SP_MoDE和SD_MODE到相应的高电平或者圯选泽接口。121sP接口sP丨接口是与总线时钟同步的串行位接口。当SP丨主设备发送数据到从设备时,从设备同时会向主设备返回数据。SP主机和TMC5160之间的通信包括一条40位发送命令字和一条40位接收状态字。每个完整乜机运动过程通常是由多条命令杓成,122UART接口单线接口支持类似RS485(SWP和SWN)或单线接口(SWN开路)的差分操作。它可以由任何标准UART驱动。不需要波特率配置13软件从软件的角度来看,TMC5160是一个具有多个控制和状态寄存器的外围设备。其中大部分是只读或者只写的。一些寄存器允许读写访闩。如果只写寄存器需要读-修改-写访问,可以在主软件中通过阴影寄存器实现www.trinamic.comTMC5160 DATASHEET(Rev. 1.08 /2018-NOV-19814运动和控制电机141集成运动控制器集成的32位运动控制器貞接驱动电机到目标位置,或者加速到目标速度。所冇的运动参敖都可以动态改变。运动控制器立即重新计算。最小运动配置数据包含加速和减逸值以及最大运动逸度。支持设置启动和停止速度以及第二加速和减速度。集成运动控制器可对机械参考开关和无传感器 stallguard2及时响应。优势灵活编程斜坟参数有效地利用电动机转矩来加速和减速允许更高的机器性能即时反应停止和堵转条件142STEP/DR接口电机可选择通过步进和方向输入来控制。在这种情况下,运动控制器不使用。步进输入引脚上的有效边沿可以是上升沿,也可以是上升沿和下降活双边缘,归模弌笠(deσεe)控制。使用两个边缘捋步进信号的触发速率降低一半,对慢速通信接口(如光耦隔离接口)非常有用。在每个活动边上,DR输亼电平值决定是向前还是向后运行。每个脉冲可以是全步或微步,其中每个全步有2、4、8、16、32、64、18或256个微步。DR引脚上电平为低的步进(STE卩)脉冲增加了微步汁数器数值,而电平高的减少了微步计效器的数值。内部表袼将指针值转换成正弦和余弦值,控制电机微步咆流15静止态自动降电流自动电流减少大大降低了应用功耗和冷却需求。通过寄存器设置修改静态电流、延迟时间和衰减。自动飞轮和被动制动是静止的一种选择。被动制动将电机静止功耗降低到零,同时仍然禔供有效的阻尼和制动!斜坡发生器和STEP/DR两个操作模式都支痔一种更快检测靜止的配置。Standstill flag(st st)ORRENTIRUNstandstill delay 7POWERDOWN/HCLDDELAY220/218 docks power down pow er downRMS motor current trace(astsfandstill) delay tinm图1.1电机自动降电流16 stealth Chop2& spreadcycle驱动为灬 stealthcho基于电压斩波器的原理。除了电机机械滚轮軸承产生的噪音,它特别保证了电机在静上慢动作时绝对安静。不同于其他电压模弌斩波器, stealth Chop2不需要任何配置。通电后,它会在第次运动中自动学习最佳设置,并进一步优仳后续运动中的设置。初始的归麥过程足以使系统完成stealth Chop最佳配置。也可以选择,通过接口预先配置初始学习参数。 stealth Chop,通过对电机度的变化立即做出反应,允许高的电机动态。www.trinamic.comTMC5160 DATASHEET(Rev. 1.08 /2018-NOV-19对于高动态的应用, spread Cycle是除 stealth Chop2之外的选项。它可以通过输入引脚(独立模式)或SP或UART接口配置。 stealth Chop2和 spread Cycle甚至可以结合使用,以达到两者的最佳效果: stealth Chop2用于无噪音的静止状态,无声平滑的性能, spread cycle用于高动态,低振动和最高的峰值逸度。spreadeαycle是周期斩波模弌。它在很宽的速厦和负载范围内提供平稳的操作和良好的共振阻尼。spreadcycle方案自动集成和调节快衰减周期,以保证平滑过零性能。stealth Chop2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17 stallard2-机械负載传感stallguard2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 coolSte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18 coolStep-负載自适应电流控制costep以最佳电流驱动电机。它根据stal! guard2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作图15显示了42mm步进电机当使用 costep时,与50%转矩的标准操作相比的效率。在本例中cool step在60转/分以上时启用EffieEficiency with 50% torque reserve彐 fluency050100150200图15 costEp下的能效(示例)19 esTep-负载相关速度控制esTep能让电机在其负载极限和逸度极限附近运行,而不失步。如果皃机上的机械负载増加到堵转负载点,电机会自动降低速度,这样它仍然可以驱动负载。有了这饣功能,马达将不会堵转。除了在较低速庋下增加扭矩之外,动态惯性淂允许电杋通过减速克服机械过载。 esTep直接与斜坡发生器集成,www.trinamic.comTMC5160 DATASHEET(Rev. 1.08 /2018-NOV-1910因此即使电杌速度因机械负载増加而需要降低,也能达到目标位置。dcStεp可以在没有任何失步的情况下达到10倍或更大的动态范围。通过优化高负载情况下的运动速度,该功能进-步提高了整体系统效率esTep优电机在过载情况下不会失步应用程序可以运行的更快自动实现最高的加速度在速度极限下实现最高的能效全步驱动达到最高电机扭短便宜的马达便能满足应用110编码器接口TMC5160为部增量编码器提供编码器接口。编码器不仅用于失步的判断,还可实现运动控制器的归零功能(替代参考开关)。可编栏预分频器设置编码器分辨率以适应电机分辨率。内部包含一32位编码器计数器。www.trinamic.com
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图像拼接 综述与算法综述
图像拼接的综述、各种算法描述，算是对自己学习的一个交代均值滤波的方法是,对将处理的当前像素,选择一个模板,该模板为其邻近的若干像素组成,用模板中像素的均值来替代原像素的值。②中值滤波——中值滤波是基于排序统计理论的—种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术。它的核心算法是将模板中的数据进行排序,这样,如果一个亮点(暗点)的噪声,就会在排序过程中被排在数据序列的最右侧或者最左侧,因此,最终选择的数据序列中见位置上的值一般不是噪声点值,由此便可以达到抑制噪声的目的这部分的算法很成熟,在FPGA上的实现也很多,也可以比较方便地找到参考算法的实现。12图像配准其实是四个要素的组合,即:1.选定特征空间——特征空间是由参与匹配的图像特征构成。特征可以为图像的灰度特征,也可以是边界、轮廓、显著特征(如角点、线交叉点、高曲率点)、统计特征(如矩不变量、中心)、高层结构描述与句法描述等;这儿其实是定义了配准的空间范围;2.相似性度量——评估待匹配特征之间的相似性,它通常定义为某种代价函数或者是距离函数;这儿是定义需要选定的某种算法3.搜索空间——待估计参数组成的空间就称为搜索空间。也就是说,搜索空间是指所有可能的变换组成的空间,这儿其实是定义了搜索算法的空间复杂度4.搜索策略—搜索策略是指用合适的方法在搜索空间中找出平移、旋转等变换参数的最优估计,使得相似性度量达到最大值,这儿其实是定义了搜索算法的时间复杂度;121基于区域的配准方法基于区域的配准方法——不检测图像中的特征,直接使用窗口或者整幅图像来进行配准从待拼接图像的灰度值出发,对待配准图像中一块区域与参考图像中的相同尺寸的区域使用最小二乘法或者其它数学方法计算其灰度值的差异,对此差异比较后来判断待拼接图像重叠区域的相似程度,由此得到待拼接图像重叠区域的范围和位置,从而实现图像拼接。也可以通过FFT变换将图像由时域变换到频域,然后再进行配准。对位移量比较大的图像,可以先校正图像的旋转,然后建立两幅图像之间的映射关系。总而言之,有很多不定,已经不是现在主流的研究方向。评价:基于区域的方法实现简单,应用范围较窄,它的局限性来源于它的基本思想。◇首先,它使用的矩形窗口只适用于配准平移变换的图像,如果图像有更复杂的变形,矩形奁口就不能覆盖参考图像和待匹配图像中的同一场景区域;◇另外,它依赖于窗口中的图像内容,当窗口中图像內容平滑而没有显著细节时,很容易引起与其他平滑区域的错误匹配。◇再次,在最优变换的搜索过程中往往需要巨大的运算量,且对噪声的影响和对比度的差异很敏感,鲁棒性不强。22基于特征的配准方法基于特征的图像配准方法有很多基本形式及其改进,其总体特点是:不直接利用图像像素值,而是通过像素值导出图像内容最抽象的描述和符号特征,并用此特征为匹配模板,查找几幅待配准图像的灰度局部最大值点、边界边缘轮廓、边缘点、边缘线段、组织(纹理)结构、角、顶点、拐点、交叉点、线段、封闭曲线等低级对应特征点及利用特征图像关系图等高级特征,构造方程组,通过数值计算得到变换数来进行图像对齐,进而确定两者的匹配位置,实现特征点、特征线段等的拼接,并且可以提高计算速度。基于特征的配准方法,一般分为四个步骤1.特征检测——从图像中检测出显著且独特的图像特征,包括闭合区域、直线段边缘、轮廓、点。2.特征匹配——相似性度量,确定图像之间特征的对应关系,又分为如下几小类)使用空域关系的方法②使用不变描述符的方法、③松弛方法、④金字塔和小波的方法3.变换模型的估计——变换函数选择和函数参数估计4.图像变换和重采样——可以通过前向或后向的方式来实现,插值的方法有最近邻插值、双线性插值、双三次函数插值、二次样条插值、三次B样条插值、高阶B样条插值评价基于特征的方法普遍适用于局部结构信息比灰度信息更显著的情况,能够处理图像之间复杂变形的情况,不足之处是特征检测困难且不稳定,最关键的一点是需要有一种判别力很强的、鲁棒的且对图像之间变化保持不变的特征匹配算法。13图像再投影基本方法:需要选择一个合成面,如果仅仅是只有几张图像进行拼接,一个普遍的方法是选择其中的一幅图像作为参考图像,然后把所有其他的图像都进行扭曲变形到参考图像的坐标系上去,这样合成的结果称为平面全景图,这是一个透视投影变换。为了减少投影失真,平面投影→圆柱面投影→球面投影→立方体投影13.1平面再投影选其中某一张图像为参考图像,然后把所有其它的图像进行扭曲变形,从而变换到参考图像的坐标系中去。由于这种模型本质上还足透视投影,因此图像在扭曲变形之后直线仍然还是直线。对丁大视场的图像拼接,平面投影方法会使得最终拼接图像在边缘出现扭曲过大的情况。在实际,当视场接近或超过90时,平面投影的拼接图像会有很大的失真。132柱面再投影圆柱面再投影非常适合于相机绕单一轴线旋转所得到的图像序列拼接,在这种情形下.在不同旋转角度得到的图像由完全的水平位移相关联。这一点很有意义,因为它避免了复杂的单应变换的计算,而且输出得到的图像没有平面再投影存在的扭曲。相反,场景中的直线被映射为正弦曲线。但是,这种方法需要对相机进行预先的标定,计算出相机的焦距和光心的偏移半标。133球面再投影球面再投影的优点是可以实现任意角度的旋转,但缺点是由于每个球面图像有多个相邻图像,因此在球面再投影中图像求交定位比较困难,而且很难找到一个与球面相对应且易于存取的数据结构。14图像融合技术在完成了两幅图像的配准之后,得到了两幅图像之间的变换矩阵,就可以确定它们之间的重叠区域,图像融合的任务就是把配准后的两帽图像根据配准的位置合并为一帼拼接图像。这一步主要包括了如何选择再投影合成面以及如何对两幅图像重叠区域的像素进行混合而得到一幅无缝且清晰的图像。所谓无缝,是指在图像拼接结果中,不应该看到两幅图像在拼接过程中留下的痕迹,即不能出现图像拼接缝隙。然而,由于待拼接的两咡图像分别是由不同的相机在同一时刻采集的,受相机固有因素的影响,采集得到图像的曝光率不可能完全一致,如果在图像的融合中,仅仅将两幅图像重叠区域简单地叠加起来,在它们的过渡区域必然会有明显的拼接缝隙。另一方面,在图像配准阶段所得到的图像之间的变换模型只是针对整个图像区域,对一些存在局部非规则形变的图像而言,全局变换模型在图像的局部区域可能不适用,而使得拼接图像的局部没有对齐,因此在拼接图像中会岀现局部模糊。如何处理图像融合过程中岀现的拼缝和模糊问题,实现真正意义上的无缝且清晰的图像,正是图像融合过程所要解决的问题。融合策略的选择应当满足两方面的要求拼合边界过渡应平滑,消除拼合接缝实现无缝拼接;2.尽量保证不因拼合处理而损失原始图像的信息图像融合可分为三类:像素级融合、特征级融合和决策级融合1.像素级(数据级)融合是在图像严格配准的条件下,直接进行像素关联融合处理;像素级融合是最基本的处理手段,也是硏究最多的—种,目前主要有以下几种方法平均值法②加权平均法③中值滤波法④多分辨率技术2.特征级融合是在像素级融合的基础上,使用模式相关、统计分析的方法进行目标识别、特征提取,并得到融合结果;3.決策级融合主要是基于认知模型的方法,采用大型数据库和专家决策系统,模拟人的分析、推理过程,以增加判决的智能化和可靠性。2参考资料1.硕士论文《門」001_图像拼接技术研究》2.硕士论文《門」_002_基于 Levenberg-Marquardt算法图像拼接硏究》3.硕土论文《門003_图像拼接技术研究》4.网页http://xgli0910.blog.163.com/blog/static/469621682009625831432275.科技论文《P」200基于角点特征的KLT跟踪全景图像拼接算法》6.本科论文《門』100图像边缘检测与提取算法的比较》7.http://www.cnblogs.com/xrwang/archive/2010/03/03/imagefeaturedetection html8.http://www.cnblogs.com/xrwang/archive/2011/03/09/ransac-1.html9.http://blog.163.com/pz124578@126/blog/static/2352269420122271004710910.http://blog.csdnnet/xuyuhua1985/article/details/637175111.http://www.openhw.org/project/index.php?act=view&id=185112.硕士论文《門」015多图像拼接算法研究》13.硕士论文《門010基于特征点图像拼接的配准算法硏究》14.http://blog.csdnnet/abcjennifer?viewmode=contents3图像拼接中的算法31图像预处理通过几何变形校正方法对采集到的图像进行校正后,可以使得相同景物在图像重叠区域所成的像有相同的形状和一致的空间相对位置。3.2图像特征检测图像特征检测包括如下几种类型的特征检测闭合区域2.轮廓和边绿区域3.角点4.线条321闭合区域闭合区域特征是通过图像分割的方法来检测到的,分割的精度会大大地影响配准的结果。近年来,选择尺度不变区域特征引起了关注,虚拟圆的思想来计算图像之间平移和尺度的变化,虚拟圆是一个半径最大的圆,这个圆所涵括的背景区域不包含边缘点,一对虚拟圆就足够求出平移和尺度的变化量,它相对于图像边缘特征来说鲁棒性更强,但缺点是易受局部变化的影响322边缘和轮廓边缘和轮廓——所谓边绿轮廓是指甚周围像素灰度有阶越变化或屋顶变化的那些像
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