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30 分钟

使用 DRV8871 和 TM4C129ENCPDT 实现更高效的电机控制和效率

快速电机驱动,尽在掌握

DC Motor 9 Click with Fusion for Tiva v8

已发布 6月 24, 2024

点击板

DC Motor 9 Click

开发板

Fusion for Tiva v8

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

TM4C129ENCPDT

时刻监测您的电机电流消耗。升级您的工程工具包,拥抱刷式电机控制的可能性。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

DC Motor 9 Click基于德州仪器的DR8871,这是一款带有内部电流感应的刷式直流电机驱动器。该IC是一款集成了电流调节电路的H桥驱动器,通过单个电阻限制连接负载的电流。与许多其他解决方案不同,不需要外部感应电阻。通过H桥的低导通电阻减少了总体功率耗散,同时,先进的控制电路在输出状态改变时注入死区间隔,防止电流突破。DRV8871集成了保护功能,包括欠压、过流和过温保护。这些事件中的每一个都将导致H桥MOSFET被禁用。消除故障条件后,设备将继续其操作。有两种方法可以控制电机:第一种方法是将恒定的逻辑电平应用于IN1和IN2输入。在其中一个输入保持高电平的同时,另一个应保持低电平。电机旋转的方向取决于哪个输入处于高电平。第二

种方法涉及将一个引脚保持在低电平,同时向另一个引脚应用PWM信号。改变PWM频率可以控制电机的速度,而电机的旋转方向由应用PWM信号的引脚确定。两个引脚都设置为高电平将使所有MOSFET处于高阻态(coast),从而使通过MOSFET体二极管返回源的反电动势产生电流。如果IN1和IN2引脚都设置为低电平,则连接的电机处于制动状态。当应用PWM信号时,电机将在制动和旋转模式之间切换,导致其减速,取决于应用的PWM信号的脉冲宽度。PWM信号的频率范围可以在0至200 kHz之间,但PWM脉冲必须保持在800ns以上以进行正确检测的限制。通过连接负载的电流在内部限制为最大3.6A。更高的电流将导致过流保护被激活。通过电机的峰值电流限制在约3.2A,确

保可靠的启动,同时防止过流保护被激活,即使施加了较大的负载扭矩。尽管H桥电阻很低,但应监控电流,以防止在负载相当高的情况下出现过度加热。因此,添加了一个额外的IC,允许监测电流。Click board™使用LT1999,这是一款来自Analog Devices(线性技术部门)的双向电流传感放大器。它用于放大电流传感电阻上的电压降,以便可以准确采样。LT1999 IC的输出被路由到mikroBUS™的AN引脚,允许主机MCU使用其集成的ADC模块感知电流。该Click board™只能使用5V逻辑电压电平操作。在使用具有不同逻辑电压的MCU之前,板上必须执行适当的逻辑电压级转换。然而,Click board™配备了一个包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

DC Motor 9 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Fusion for TIVA v8 是一款专为快速开发嵌入式应用的需求而特别设计的开发板。它支持广泛的微控制器,如不同的32位ARM® Cortex®-M基础MCUs,来自Texas Instruments,无论它们的引脚数量如何,并且具有一系列独特功能,例如首次通过WiFi网络实现的嵌入式调试器/程序员。开发板布局合理,设计周到,使得最终用户可以在一个地方找到所有必要的元素,如开关、按钮、指示灯、连接器等。得益于创新的制造技术,Fusion for TIVA v8 提供了流畅而沉浸式的工作体验,允许在任何情况下、任何地方、任何

时候都能访问。Fusion for TIVA v8开发板的每个部分都包含了使同一板块运行最高效的必要组件。一个先进的集成CODEGRIP程序/调试模块提供许多有价值的编程/调试选项,包括对JTAG、SWD和SWO Trace(单线输出)的支持,并与Mikroe软件环境无缝集成。此外,它还包括一个干净且调节过的开发板电源供应模块。它可以使用广泛的外部电源,包括电池、外部12V电源供应和通过USB Type-C(USB-C)连接器的电源。通信选项如USB-UART、USB HOST/DEVICE、CAN(如果MCU卡支持的话)和以

太网也包括在内。此外,它还拥有广受好评的 mikroBUS™标准,为MCU卡提供了标准化插座(SiBRAIN标准),以及两种显示选项,用于TFT板线产品和基于字符的LCD。Fusion for TIVA v8 是Mikroe快速开发生态系统的一个组成部分。它由Mikroe软件工具原生支持,得益于大量不同的Click板™(超过一千块板),其数量每天都在增长,它涵盖了原型制作和开发的许多方面。

Fusion for Tiva v8 horizontal image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

类型

8th Generation

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

1024

硅供应商

Texas Instruments

引脚数

128

RAM (字节)

262144

你完善了我!

配件

DC齿轮电机 - 430RPM(3-6V)代表了电机和齿轮箱的一体化组合,通过增加齿轮来降低电机速度,同时增加扭矩输出。这种齿轮电机具有斜齿轮箱,使其成为对扭矩和速度要求较低的应用非常可靠的解决方案。对于齿轮电机来说,最关键的参数是速度、扭矩和效率,在这种情况下,无负载时的速度为520RPM,最大效率时为430RPM,电流为60mA,扭矩为50g.cm。额定工作电压范围为3-6V,顺时针/逆时针旋转方向,该电机为机器人技术、医疗设备、电动门锁等领域提供了一种极好的解决方案,可以替代刷式直流电机执行许多功能。

DC Motor 9 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Current sense
PD0
AN
NC
NC
RST
Control IN 2
PH0
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
NC
NC
3.3V
Ground
GND
GND
Control IN 1
PL4
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

DC Motor 9 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Fusion for PIC v8 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Fusion for Tiva v8作为您的开发板开始

Fusion for PIC v8 front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
SiBRAIN for PIC32MZ1024EFK144 front image hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
v8 SiBRAIN 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 Compiler Selection Step Image hardware assembly
NECTO Output Selection Step Image hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Necto image step 7 hardware assembly
Necto image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Necto PreFlash Image 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DC Motor 9 Click驱动程序的 API。

关键功能:

  • dcmotor9_generic_read - 此函数读取ADC数据。

  • dcmotor9_pwm_start - 此函数启动PWM模块。

  • dcmotor9_set_duty_cycle - 此函数设置PWM占空比。

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 9 Click Example
 *
 * # Description
 * DC Motor 9 Click is a brushed DC motor driver with the current limiting and
 * current sensing. It can be operated by two logic signals, allowing to drive
 * the connected motor in two different ways:
 * it can use fixed logic levels for the direction control,
 * or it can be controlled by a PWM signal, offering an additional speed control
 * option.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes GPIO, PWM and logger and enables the click board.
 *
 * ## Application Task
 * This is a example which demonstrates the use of DC Motor 9 Click board.
 * DC Motor 9 Click controls DC Motor speed via PWM interface.
 * It shows moving in the both directions from slow to fast speed
 * and from fast to slow speed.
 * Results are being sent to the Usart Terminal where you can track their changes.
 *
 * @author Nikola Peric
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "dcmotor9.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static dcmotor9_t dcmotor9;
static log_t logger;

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    dcmotor9_cfg_t dcmotor9_cfg;

    /** 
     * 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.

    dcmotor9_cfg_setup( &dcmotor9_cfg );
    DCMOTOR9_MAP_MIKROBUS( dcmotor9_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( dcmotor9_init( &dcmotor9, &dcmotor9_cfg ) == PWM_ERROR )
    {
        log_info( &logger, "---- Application Init Error ----" );
        log_info( &logger, "---- Please, run program again ----" );

        for ( ; ; );
    }

    dcmotor9_set_duty_cycle ( &dcmotor9, DCMOTOR9_PWM_DUTY_PERCENT_0 );
    
    dcmotor9_enable( &dcmotor9 );
    dcmotor9_pwm_start( &dcmotor9 );
    log_info( &logger, "---- Application Task ----" );
    Delay_ms( 1000 );
}

void application_task ( void )
{
    static float duty;
    static uint8_t n_cnt;
    
    dcmotor9_clockwise ( &dcmotor9 );
    log_printf( &logger, "> CLOCKWISE <\r\n" );
    dcmotor9_enable ( &dcmotor9 );
    
    for ( n_cnt = 10; n_cnt > 0; n_cnt--  )
    {
        duty = ( float ) n_cnt ;
        duty /= 10;
        dcmotor9_set_duty_cycle( &dcmotor9, duty );
        Delay_ms( 500 );
    }
    for ( n_cnt = 1; n_cnt <= 10; n_cnt++ )
    {
        duty = ( float ) n_cnt ;
        duty /= 10;
        dcmotor9_set_duty_cycle( &dcmotor9,  duty );
        Delay_ms( 500 );
    }
    
    log_printf( &logger, "* Pull break *\r\n" );
    dcmotor9_short_brake( &dcmotor9 );
    Delay_ms( 1000 );
    
    dcmotor9_counter_clockwise ( &dcmotor9 );
    log_printf( &logger, "> COUNTER CLOCKWISE <\r\n" );
        
    for ( n_cnt = 1; n_cnt <= 10; n_cnt++  )
    {
        duty = ( float ) n_cnt ;
        duty /= 10;
        dcmotor9_set_duty_cycle( &dcmotor9, duty );
        Delay_ms( 500 );
    }
    for ( n_cnt = 10; n_cnt > 0; n_cnt-- )
    {
        duty = ( float ) n_cnt ;
        duty /= 10;
        dcmotor9_set_duty_cycle( &dcmotor9,  duty );
        Delay_ms( 500 );
    }
    
}

void main ( void )
{
    application_init( );

    for ( ; ; )
    {
        application_task( );
    }
}

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

额外支持

资源

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