高级
30 分钟

使用 TB67H453FNG 和 STM32L073RZ 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 Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

已发布 3月 13, 2025

点击板

DC Motor 28 Click - FNG

开发板

Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32L073RZ

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

Nucleo-64搭载STM32L073RZ MCU提供了一个经济实惠且灵活的平台,供开发人员探索新的想法并原型化其设计。该板利用了STM32微控制器的多功能性,使用户能够为其项目选择性能和功耗之间的最佳平衡。它采用LQFP64封装的STM32微控制器,并包括一些必要的组件,例如用户LED,可以同时作为ARDUINO®信号使用,以及用户和复位按钮,以及用于精准定时操作的32.768kHz晶体振荡器。设计时考虑了扩展性和灵活性,Nucleo-64板具有ARDUINO® 

Uno V3扩展连接器和ST morpho扩展引脚标头,为全面项目集成提供了对STM32 I/O的完全访问权限。电源选项具有适应性,支持ST-LINK USB VBUS或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个内置的ST-LINK调试器/编程器,具有USB重新枚举功能,简化了编程和调试过程。此外,该板还设计了外部SMPS,以实现有效的Vcore逻辑供电,支持USB设备全速或USB SNK/UFP全速,以及内置的加密功能,增强了项目的功耗效率和安全性。通过专用

连接器提供了额外的连接性,用于外部SMPS实验、ST-LINK的USB连接器和MIPI®调试连接器,扩展了硬件接口和实验的可能性。开发人员将通过STM32Cube MCU软件包中全面的免费软件库和示例得到广泛的支持。这与与各种集成开发环境(IDE)的兼容性相结合,包括IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM和STM32CubeIDE,确保了平稳高效的开发体验,使用户能够充分发挥Nucleo-64板在其项目中的功能。

Nucleo 64 with STM32L073RZ MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

192

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

20480

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 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
PC0
AN
Sleep Mode / ID SEL
PC12
RST
H-Bridge Control / ID COMM
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
H-Bridge Control
PC8
PWM
Fault Indicator
PC14
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

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product8 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
Clicker 4 for STM32F4 HA 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

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

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