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20 分钟

使用ATmega8A和PIC32MZ2048EFM100控制BLDC电机的速度、方向和扭矩

三相无刷直流(BLDC)电机控制解决方案

Brushless 18 Click with Curiosity PIC32 MZ EF

已发布 12月 26, 2024

点击板

Brushless 18 Click

开发板

Curiosity PIC32 MZ EF

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC32MZ2048EFM100

精准控制高速无传感器BLDC电机,适用于无人机、冷却系统和机器人应用

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 18 Click 基于 Microchip 的 ATmega8A,这是一款 8 位微控制器,提供了控制三相无传感器无刷电机 (BLDC 电机) 的高效解决方案。这些电机相较传统直流电机具有显著优势。它们的无接触设计提供了更长的耐用性、更高的扭矩和更高的转速,使其成为轻量化、高性能应用的理想选择。这些应用包括:无人机的推进系统,强调高速、轻量化和能源效率;需要安静可靠运行的电子冷却设备,如计算机风扇和工业冷却系统;小型家用电器,如吸尘器和空气净化器;以及在高扭矩和控制精度至关重要的机器人机械中,用于实现平稳和精确的运动。该 Click 板™ 确保对 BLDC 电机操作的精确控制,并通过 mikroBUS™ 插座接收 PWM 信号的驱动命令,从而实现平稳可靠

的电机控制。由于 ATmega8A 的输出无法直接驱动电机线圈,它充当了电路的控制器。该电路由六个高性能的 N 沟道 MOSFET(来自 STMicroelectronics 的 STL120N4F6AG)组成,这些 MOSFET 能够高效地将外部电源切换至电机的定子线圈。这些 MOSFET 能够处理高达 50A 的电流,使该板能够支持高要求的电机应用。外部电源的电压范围为 0 至 40V,在各种用例中提供了灵活性。电机通过板载专用端子 A、B 和 C 连接,确保了安全且简便的连接。结合强大的组件设计,Brushless 18 Click 能够提供可靠的性能,使其成为高速电机驱动应用的首选解决方案。此 Click 板™ 的一大特色是包含引导加载程序引脚,这些引脚默认未焊接,设计用于板载的 ATmega8A 微控制器。

这些引脚提供了对微控制器引导加载程序功能的直接访问,使用户无需外部编程器即可轻松进行固件更新和重新编程。此功能简化了开发和测试流程,使用户能够快速加载和调试 Click 板™ 上的自定义固件,为各种应用提供了一种高效且适合开发者的解决方案。该 Click 板™ 同时使用 3.3V 和 5V 电源轨,其中 3.3V 电源轨专用于 ClickID 功能,而 5V 电源轨为包括板载 ATmega8A 微控制器在内的所有其他组件供电。由于这一设计,当与不同逻辑电平操作的外部 MCU 交互时,板卡需要适当的逻辑电压电平转换。此外,该 Click 板™ 配备了一个包含易用功能和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Brushless 18 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Curiosity PIC32 MZ EF 开发板是一个完全集成的 32 位开发平台,特点是高性能的 PIC32MZ EF 系列(PIC32MZ2048EFM),该系列具有 2MB Flash、512KB RAM、集成的浮点单元(FPU)、加密加速器和出色的连接选项。它包括一个集成的程序员和调试器,无需额外硬件。用户可以通过 MIKROE 

mikroBUS™ Click™ 适配器板扩展功能,通过 Microchip PHY 女儿板添加以太网连接功能,使用 Microchip 扩展板添加 WiFi 连接能力,并通过 Microchip 音频女儿板添加音频输入和输出功能。这些板完全集成到 PIC32 强大的软件框架 MPLAB Harmony 中,该框架提供了一个灵活且模块化的接口

来应用开发、一套丰富的互操作软件堆栈(TCP-IP、USB)和易于使用的功能。Curiosity PIC32 MZ EF 开发板提供了扩展能力,使其成为连接性、物联网和通用应用中快速原型设计的绝佳选择。

Curiosity PIC32MZ EF double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

PIC32

MCU 内存 (KB)

2048

硅供应商

Microchip

引脚数

100

RAM (字节)

524288

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
ID COMM
RPD4
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
PWM Control
RPE8
PWM
NC
NC
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Brushless 18 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Curiosity PIC32MZ EF front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Curiosity PIC32 MZ EF作为您的开发板开始。

Curiosity PIC32MZ EF front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product7 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Curiosity PIC32 MZ EF MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 Brushless 18 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • brushless18_throttle_calib - 此函数执行ESC油门校准。

  • brushless18_drive_motor - 此函数以选定的速度和方向驱动电机。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief Brushless 18 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Brushless 18 Click board by driving the 
 * motor in both directions at different speeds.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes the driver and calibrates the Click board.
 *
 * ## Application Task
 * Changes the motor speed every 500 milliseconds with steps of 5%.
 * At the minimal speed, the motor switches direction. Each step will be logged
 * on the USB UART where you can track the program flow.
 *
 * @note
 * The theoretical maximal PWM Clock frequency for this Click board is 500 Hz.
 * The default PWM Clock frequency is set to 400 Hz. To achieve such a low frequency,
 * the user will probably need to decrease the MCU's main clock frequency in 
 * the Setup MCU Settings.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "brushless18.h"

static brushless18_t brushless18;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    brushless18_cfg_t brushless18_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    brushless18_cfg_setup( &brushless18_cfg );
    BRUSHLESS18_MAP_MIKROBUS( brushless18_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( PWM_ERROR == brushless18_init( &brushless18, &brushless18_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( BRUSHLESS18_ERROR == brushless18_throttle_calib ( &brushless18 ) )
    {
        log_error( &logger, " Throttle calibration." );
        for ( ; ; );
    }

    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    static uint8_t direction = BRUSHLESS18_DIRECTION_CW;
    static int8_t speed = BRUSHLESS18_SPEED_MIN;
    static int8_t speed_step = 5;
    brushless18_drive_motor ( &brushless18, direction, speed );
    log_printf( &logger, " Direction: %s\r\n", 
                ( char * ) ( BRUSHLESS18_DIRECTION_CW == direction ? "CW" : "CCW" ) );
    log_printf( &logger, " Speed: %u%%\r\n\n", ( uint16_t ) speed );
    Delay_ms ( 500 );
    
    speed += speed_step;
    if ( speed > BRUSHLESS18_SPEED_MAX )
    {
        speed_step = -speed_step;
        speed += speed_step;
        speed += speed_step;
    }
    else if ( speed < BRUSHLESS18_SPEED_MIN )
    {
        speed_step = -speed_step;
        speed += speed_step;
        direction ^= 1;
        Delay_ms ( 1000 );
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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