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在工业自动化和精密运动控制领域，ADI TMC5240 作为一款高性能步进电机控制器和驱动器 IC，其开发调试过程中的环境搭建效率可能会对产品开发调试造成影响。为了方便客户快速的验证和落地实施产品方案，本文提供一套已验证的测试方案。通过结合图形化配置工具与代码移植方法，开发者可在 2-4 小时内完成电机基础功能验证，并快速搭建实战测试环境。
ADI TMC5240 基本性能介绍
ADI TMC5240 是一款智能高性能步进电机控制器和驱动器 IC，具有串行通信接口 (SPI、UART) 和广泛的诊断功能。它结合了灵活的、经过抖动优化的斜坡生成器，用于自动目标定位，并配备了业界最先进的步进电机驱动器，基于内置的 256 微步进分度器，以及两个完全集成的 36V、3.0A (最大) H 桥和无耗散的集成电流检测 (ICS)。下图 (图1) 为它的产品特性：
图1 ADI TMC5240 产品特性
性能亮点
1、能效优化
- • 超低导通电阻：RDS (ON) (HS+LS)：230mΩ 典型值 (TA=25°C)
- • 整机功耗降低 30% (实测对比 TMC5130)
2、控制升级
- • StealthChop2™ 静音技术
- • 8 段式 S 型加减速曲线
- • 支持 ±5% 电流精度补偿
3、集成优势
- • 单芯片集成运动控制 + 驱动 + MOSFET
- • PCB 占位面积减少 40%
4、集成保护
图2 集成 MOS，极少的 BOM，仅内存卡大小
TMCL-IDE 与 EVAL 评估板配置
搭建测试环境需准备以下硬件设备：
- • TMCL-IDE + TMC5240-EVAL 评估板 (图形化界面快速地配置电机基础参数)
- • STM32F103 最小系统板 + TMC5240-BOB (将上位机生成配置代码移植到 MCU)
- • 42 步进电机
- • 电源连接线等
TMCL-IDE 是 TMC5240 配套的图形化配置工具，结合 TMC5240-EVAL 评估板，开发者可以快速完成电机参数的初始化配置，使电机能够快速进入预期性能状态。下图 (图3) 为 TMC5240-EVAL 评估板与电机连接动态效果。由于本章主要介绍 TMCL-IDE 到 MCU 的代码移植，因此具体的配置步骤此处不再一一列出，如有需要可通过文末联系获取相关教程。
图3 TMC5240-EVAL 评估板与电机连接效果
完成配置后，根据下图 (图4) 红色框标记步骤，通过 TMCL-IDE 导出配置文件及初始化代码。
图4 代码导出界面
STM SPI 代码配置
导出配置文件后，接下来进行 STM32 SPI 驱动配置。ADI TMC5240 采用 SPI 接口 (MODE3，40bit) 与主控 MCU 通信。下图 (图5) 是 TMC5240 SPI 接口的时序规范，主要描述了 SPI 总线通信的信号时序要求。
图5 TMC5240 SPI 接口的时序规范
为了确保代码兼容性，本次 SPI 通讯是基于模拟 IO 的方式实现的，它能够兼容任何 MCU 系统。下图 (图6) 展示了 STM32 模拟 SPI MODE3 的一部分驱动代码。若需要完整的项目文件，可通过文末方式获取。
图6 STM32 模拟 SPI MODE3 部分驱动代码
测试环境搭建与验证
将生成的配置代码移植至 STM32，并通过 SPI 写入 TMC5240-BOB 板子即可搭建完成一个实际测试环境。如下图 (图7) 所示为测试环境实物连接动态效果：
图7 测试环境实物连接效果
如下图 (图8) 所示，该测试环境通过 STM32 单片机与 TMC5240-BOB 板进行 SPI 通信，实时监测并显示驱动器内部温度及故障状态，实现了无传感器条件下的关键参数读取功能。
图8 无传感器读取内部温度、故障等
集成库
为了简化寄存器写入的过程，作者整理了一份库函数代码。如下图 (图9) 展示了部分代码，这套代码已通过实例封装了电机的相关配置，并提供了多个常用函数，这些函数能方便开发者快速上手进行调试。
--设置电机电流
--设置微步模式
--设置电机目标位置 (步/微步)
--设置电机速度
--获取电机当前位置
--获取电机当前速度
--使用可配置的减速停止电机
--紧急停止电机 (无减速)
--获取 TMC5240 驱动的状态
图9 库函数代码示例
总结
本文主要介绍了 ADI TMC5240 快速测试环境的搭建方法，通过该方案，开发者可在 2-4 小时内完成电机基础功能验证，缩短开发周期。
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