EEPW论坛

【静音步进电机控制实践过程帖】树莓派Pico扩展板设计

本文介绍了树莓派 Pico 扩展板的项目设计，包括原理图、PCB设计、3D渲染、BOM器件焊接、步进电机驱动测试、OLED 显示测试等。

项目介绍

为了方便测试和硬件连接，设计主控 MCU 扩展板。

• 扩展板设计：原理图、3D 渲染图、实物图；

• 硬件连接：TMC2209模块和树莓派Pico扩展板的接线、系统接线示意图、实物图；

• 工程测试：MicoPython 编程实现步进电机旋转控制、OLED 显示旋转状态等。

扩展板

树莓派 Pico 扩展板设计，包括原理图、3D 渲染图、实物图等。

原理图

详见：树莓派Pico扩展板 .

3D 图

Top view

Bottom view

详见：树莓派Pico扩展板 .

BOM

扩展板所需物料如下

实物图

使用电烙铁和锡线将上述器件与目标位置对应焊接，成品如下

硬件连接

包括 TMC2209、OLED、步进电机、树莓派Pico的接线方式。

TMC2209

TMC2209 模块与树莓派 Pico 的接线方式如下

TMC2209 与步进电机的接线方式如下

相序判断

采用手动旋转法判断步进电机的 A、B 相序：

• 步进电机 4 个引脚悬空，手动旋转电机轴，此时阻力较小；

• 短接其中两个引脚，旋转电机轴，若阻力明显增加，则这两个引脚属于同一相，可接至 A+、A-；剩余两个引脚接 B+、B-；

OLED

OLED 与树莓派 Pico 的接线方式

树莓派 Pico 引脚定义详见：树莓派 Pico 引脚功能（Pinout） .

系统连接

实物连接效果如下

工程测试

运行 Thonny IDE 新建文件，添加如下代码

 '''
 电机：42步进电机
 电压：直流12V
 步距角：1.8度
 细分：8
 单圈脉冲数：360 / 1.8 * 8 = 1600 个/圈
 '''
 from machine import Pin, I2C
 import ssd1306
 import time
 
 # Define TMC2209 pinout
 dir = Pin(16, Pin.OUT)
 step = Pin(17, Pin.OUT)
 en = Pin(18, Pin.OUT)
 
 # ==== Initialized IIC OLED ====
 i2c = I2C(0, scl=Pin(5), sda=Pin(4))
 oled_width = 128
 oled_height = 64
 oled = ssd1306.SSD1306_I2C(oled_width, oled_height, i2c)
 
 # ==== OLED ====
 def display_motor_status(status, direction, speed):
     oled.fill(0)  # clear
     oled.text("=== MOTOR ===", 0, 0)
     oled.text("Status: " + status, 0, 20)
     oled.text("Direction: " + direction, 0, 35)
     oled.text("Speed: " + speed, 0, 50)
     oled.rotate(1)
     oled.show()
 
 while True:
     en.value(0) # enable stepper
     dir.value(not dir.value()) # switch direction
     dir_str = "CW" if dir.value() == 0 else "CCW"
     display_motor_status("RUNNING", dir_str, "1200us")
     for _ in range(800):  # 180 度对应步数
         step.value(1)
         time.sleep_us(1200)
         step.value(0)
         time.sleep_us(1200)
     en.value(1) # disable stepper
     display_motor_status("STOPPED", dir_str, "1200us")
     print("rotated! now reverse")
     time.sleep(1)

保存代码。

效果演示

• Thonny IDE 运行 stepper_run.py 程序；

• 步进电机顺时针、逆时针交替旋转；

  

• 方向切换时，终端打印提示字符串；

• OLED 显示步进电机参数和运行状态，包括停止/运行、方向CW/CCW、转速等；

总结

本文介绍了树莓派 Pico 扩展板的项目设计，包括原理图、PCB设计、3D渲染、BOM器件焊接、步进电机驱动测试、OLED 显示测试等，为相关产品的快速开发和应用设计提供了参考。