高级
30 分钟

使用 TB67H453FNG 和 PIC18F57Q43 实现可靠的电机控制

具备内置电流监测功能的单通道 H 桥驱动器

DC Motor 28 Click - FNG with Curiosity Nano with PIC18F57Q43

已发布 3月 13, 2025

点击板

DC Motor 28 Click - FNG

开发板

Curiosity Nano with PIC18F57Q43

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC18F57Q43

在工业自动化、机器人技术和运动控制应用中控制有刷直流电机

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

DC Motor 28 Click - FNG 基于东芝半导体的 TB67H453FNG 单通道 H 桥驱动器,专为高精度和高可靠性驱动有刷直流电机而设计。该 IC 可控制单个有刷直流电机的双向运动,或以单向模式控制两个有刷直流电机(独立半桥控制模式)。其工作电压范围为 4.5V 至 44V,最大输出电流可达 3.5A,提供了强大且灵活的电机控制解决方案,适用于工业自动化、机器人技术和各种通用电机驱动系统。TB67H453FNG 的关键特性之一是集成的电流监测功能,可通过 SEN 引脚访问。该引脚输出的电流值与 H 桥低侧 MOSFET 内流动的电流成比例,使用户能够进行精确的电流测量和监控。此外,该 IC 具备多种保护机制,包括过温检测、过流保护和欠压锁定,并提供 VREF 微调功能,使用户可以设定输出电流阈值,从而增强对电机运行的控制。该设备还具有低功耗特性,包括

待机模式,在电机未运行时可最大程度减少能耗。电机控制通过 IN1 和 IN2 引脚进行管理,这些引脚负责控制 H 桥的操作。PMODE SEL 开关用于确定控制模式,一旦进入休眠模式(SLP 信号被置高并驱动器开始工作),其设置将被锁定。如需修改 PMODE 配置,必须先将 SLP 信号设置为低电平,再调整 PMODE 开关。完成所需设置后,重新施加 SLP 信号,使设备注册新模式。PMODE SEL 开关允许用户选择不同的功能:设置为低电平可激活相位/使能接口,设置为高电平可启用 PWM(IN1/IN2)接口,而设置为高阻(开路)则切换为独立半桥控制模式。IMODE SEL 开关用于设置电流控制模式以及过流检测(ISD)的行为。该开关可将驱动器配置为恒定电流 PWM 模式或固定关闭时间控制模式,并可选择自动恢复或锁存响应方式处理过流情况。在固定关闭时间

控制模式下,当电机电流超过阈值时,H 桥会短时刹车一段固定时间;而在恒定电流 PWM 控制模式下,当电机电流超过阈值时,H 桥会短时刹车,直到下一个控制信号输入边沿到来。IMODE SEL 开关的调整过程与 PMODE SEL 相同,修改生效前需要先将 SLP 信号循环切换。为了增强安全性和诊断能力,TB67H453FNG 集成了错误检测系统,可持续监测异常过流情况。如果检测到异常,MOSFET 会自动关闭,以防止损坏。这些错误状态可通过 FLT 引脚监测,同时,红色 FAULT LED 也会提供清晰的视觉指示。此 Click 板™ 可通过 VCC SEL 跳线选择 3.3V 或 5V 逻辑电压运行,从而确保 3.3V 和 5V 兼容的 MCU 都能正确使用其通信接口。此外,该 Click 板™ 配备了一套易于使用的库函数和示例代码,可作为进一步开发的参考。

DC Motor 28 Click - FNG hardware overview image

功能概述

开发板

PIC18F57Q43 Curiosity Nano 评估套件是一款尖端的硬件平台,旨在评估 PIC18-Q43 系列内的微控制器。其设计的核心是包含了功能强大的 PIC18F57Q43 微控制器(MCU),提供先进的功能和稳健的性能。这个评估套件的关键特点包括一个黄 色用户 LED 和一个响应灵敏的机械用户开关,提供无

缝的交互和测试。为一个 32.768kHz 水晶振荡器足迹提供支持,确保精准的定时能力。套件内置的调试器拥有一个绿色电源和状态 LED,使编程和调试变得直观高效。此外,增强其实用性的还有虚拟串行端口 (CDC)和一个调试 GPIO 通道(DGI GPIO),提供广泛的连接选项。该套件通过 USB 供电,拥有由

 MIC5353 LDO 调节器提供支持的可调目标电压功能,确保在 1.8V 至 5.1V 的输出电压范围内稳定运行,最大输出电流为 500mA,受环境温度和电压限制。

PIC18F57Q43 Curiosity Nano double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

PIC

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

Microchip

引脚数

48

RAM (字节)

8196

你完善了我!

配件

Curiosity Nano Base for Click boards 是一款多功能硬件扩展平台,专为简化 Curiosity Nano 套件与扩展板之间的集成而设计,特别针对符合 mikroBUS™ 标准的 Click 板和 Xplained Pro 扩展板。这款创新的基板(屏蔽板)提供了无缝的连接和扩展可能性,简化了实验和开发过程。主要特点包括从 Curiosity Nano 套件提供 USB 电源兼容性,以及为增强灵活性而提供的另一种外部电源输入选项。板载锂离子/锂聚合物充电器和管理电路确保电池供电应用的平稳运行,简化了使用和管理。此外,基板内置了一个固定的 3.3V 电源供应单元,专用于目标和 mikroBUS™ 电源轨,以及一个固定的 5.0V 升压转换器,专供 mikroBUS™ 插座的 5V 电源轨,为各种连接设备提供稳定的电力供应。

Curiosity Nano Base for Click boards accessories 1 image

DC Motor (RS-555) 是一款高性能有刷直流电机(RS-555SH-2770),适用于需要可靠高效运动的应用。它在 18V–30V 直流电压范围内运行(标称 24V),空载转速可达 9100 rpm,并在最大效率下提供 22.7W 功率输出。该电机配备 3.175mm 轴,支持顺时针(CW)和逆时针(CCW)旋转,并采用油轴承系统,确保运行平稳耐用。常见应用包括泵类设备、榨汁机、加湿器和净水器。

DC Motor 28 Click - FNG accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Current Monitor Output
PA0
AN
Sleep Mode / ID SEL
PA7
RST
H-Bridge Control / ID COMM
PD4
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
H-Bridge Control
PB0
PWM
Fault Indicator
PA6
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

DC Motor 28 Click - FNG Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Curiosity Nano Base for Click boards front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Curiosity Nano with PIC18F57Q43作为您的开发板开始。

Curiosity Nano Base for Click boards front image hardware assembly
Charger 27 Click front image hardware assembly
PIC18F47Q10 Curiosity Nano front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Charger 27 Click complete accessories setup image hardware assembly
Curiosity Nano with PICXXX Access MB 1 - upright/background 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
PIC18F57Q43 Curiosity 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

DC Motor 28 Click - FNG 演示应用程序使用 NECTO Studio开发,确保与 mikroSDK 的开源库和工具兼容。该演示设计为即插即用,可与所有具有 mikroBUS™ 插座的 开发板、入门板和 mikromedia 板完全兼容,用于快速实现和测试。

示例描述
本示例演示了 DC Motor 28 Click - FNG 的使用。它初始化 Click 驱动程序,校准偏移量以确保准确的电流测量,并通过不同的控制状态驱动电机,同时测量并记录输出电流(单位:mA)。

关键功能:

  • dcmotor28fng_cfg_setup - 配置对象初始化函数。

  • dcmotor28fng_init - 初始化函数。

  • dcmotor28fng_drive_motor - 以所选的 PWM 控制模式驱动电机。

  • dcmotor28fng_calib_offset - 校准零电流偏移值。

  • dcmotor28fng_get_out_current - 读取当前输出电流测量值(mA)。

应用初始化
初始化日志记录器和 DC Motor 28 Click - FNG 驱动程序,并执行电流测量的偏移校准。

应用任务
按顺序控制电机进入以下状态:正转(FORWARD)、刹车(BRAKE)、反转(REVERSE)、空转(COAST)。在每种状态下,测量并记录输出电流,为电机的性能和功耗提供数据支持。

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 DC Motor 28 FNG Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the DC Motor 28 FNG Click board. It initializes the Click driver, 
 * calibrates the offset for accurate current measurements, and then controls the motor in different states 
 * while measuring and logging the output current in milliamps (mA).
 *
 * The demo application is composed of two sections:
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the logger and the DC Motor 28 FNG Click driver and performs offset calibration for current
 * measurements.
 *
 * ## Application Task
 * Controls the motor in a sequence of states: FORWARD, BRAKE, REVERSE, and COAST. In each state, the output 
 * current is measured and logged, providing insights into the motor's performance and consumption.
 *
 * @note
 * Ensure the PMODE switch is set to position 1 (HIGH), the motor is properly connected to the board
 * OUT1 and OUT2 terminals, and the proper power supply is connected to the input terminal.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "dcmotor28fng.h"

static dcmotor28fng_t dcmotor28fng;   /**< DC Motor 28 FNG Click driver object. */
static log_t logger;    /**< Logger object. */

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    dcmotor28fng_cfg_t dcmotor28fng_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.
    dcmotor28fng_cfg_setup( &dcmotor28fng_cfg );
    DCMOTOR28FNG_MAP_MIKROBUS( dcmotor28fng_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( ADC_ERROR == dcmotor28fng_init( &dcmotor28fng, &dcmotor28fng_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( DCMOTOR28FNG_ERROR == dcmotor28fng_calib_offset ( &dcmotor28fng ) )
    {
        log_error( &logger, " Offset calibration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    float current = 0;

    log_printf( &logger, " Motor state : FORWARD\r\n" );
    dcmotor28fng_drive_motor ( &dcmotor28fng, DCMOTOR28FNG_MOTOR_FORWARD );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    if ( DCMOTOR28FNG_OK == dcmotor28fng_get_out_current ( &dcmotor28fng, &current ) ) 
    {
        log_printf( &logger, " Current : %.3f mA\r\n\n", current );
    }

    log_printf( &logger, " Motor state : BRAKE\r\n" );
    dcmotor28fng_drive_motor ( &dcmotor28fng, DCMOTOR28FNG_MOTOR_BRAKE );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    if ( DCMOTOR28FNG_OK == dcmotor28fng_get_out_current ( &dcmotor28fng, &current ) ) 
    {
        log_printf( &logger, " Current : %.3f mA\r\n\n", current );
    }

    log_printf( &logger, " Motor state : REVERSE\r\n" );
    dcmotor28fng_drive_motor ( &dcmotor28fng, DCMOTOR28FNG_MOTOR_REVERSE );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    if ( DCMOTOR28FNG_OK == dcmotor28fng_get_out_current ( &dcmotor28fng, &current ) ) 
    {
        log_printf( &logger, " Current : %.3f mA\r\n\n", current );
    }

    log_printf( &logger, " Motor state : COAST\r\n" );
    dcmotor28fng_drive_motor ( &dcmotor28fng, DCMOTOR28FNG_MOTOR_COAST );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    if ( DCMOTOR28FNG_OK == dcmotor28fng_get_out_current ( &dcmotor28fng, &current ) ) 
    {
        log_printf( &logger, " Current : %.3f mA\r\n\n", current );
    }
}

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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