中级
30 分钟

使用 MCP8063 和 TM4C129LNCZAD 释放无刷直流电机的潜力。

用无刷电机同步征服。

Brushless 4 Click with Fusion for Tiva v8

已发布 6月 25, 2024

点击板

Brushless 4 Click

开发板

Fusion for Tiva v8

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

TM4C129LNCZAD

我们的无刷直流电机(BLDC)解决方案让您实现了前所未有的电机性能,提高了效率和生产力。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 4 Click基于MCP8063,这是一款来自Microchip的3相无刷正弦感应电机驱动器。该IC具有许多功能,使其成为驱动各种小型到中型BLDC电机的完美选择。由于其高度集成,MCP8063需要较少的外部组件。它通过FG引脚提供了转子位置的数字输出,该引脚被路由到mikroBUS™ INT引脚,同时在Click board™本身上也标有FG。通过mikroBUS™的PWM引脚实现了转速控制,该引脚被路由到IC的PWM输入引脚。Brushless 4 click最独特的特性之一是180°正弦驱动,比更常用的120°驱动拓扑提供更多的扭矩和更高的效率。如上所述,PWM信号可用于控制电机速度。占空比控制转子速度,而PWM信号的频率不会影响转速,可以在20Hz至100kHz之间变化。当PWM输入处于高电平时,电机的旋转速度将达到最大。当PWM输入保持在低电平时,电机停止转动。在高电

平和低电平之间切换将导致转子以特定速度转动,这取决于高电平状态的持续时间。PWM引脚被路由到mikroBUS™的同名引脚上,方便MCU提供所需的PWM信号。控制电机速度的另一种方法是通过改变电机电源的电压来实现,该电压通过输入螺钉端子连接,标有VBAT。该电压范围为2V至14V。由于这个端子为MCP8063的输出级和内部逻辑电路(通过内部电压调节器)提供电源,因此必须将电源连接到输入端子。可以使用FG引脚确定电机的旋转速度和相位。该引脚就像霍尔效应传感器输出一样,通过mikroBUS™向主机MCU提供有关电机速度和相位的信息。FC引脚通过板载电阻上拉。当出现锁死或失同步条件时,该引脚被设置为高阻抗模式,并被拉到高电平-由于上拉电阻。当转子被阻塞或失去同步时,内部锁定部分会检测到此条件,并将线圈连接到GND,有

效地以最小的自发热释放转子。超时后,将尝试再次运行转子。如果仍然被阻塞,则检测到另一个锁定事件,并启动另一个超时周期。通过这种方式,转子受到过热的保护。如前所述,MCP8063 IC具有过电流保护功能。最大电流内部限制为1.5A。此限制防止电机线圈过热,并保护输出级晶体管。一项良好的做法是始终保持功耗低于最大指定值,以确保有足够的余量。当IC达到170°C时,热保护会保护IC,并在尝试重新启动之前具有25°C的迟滞,这意味着IC必须冷却到145°C。输出三极螺钉端子用于连接电机相位。它被标记为A、B和C,允许连接不需要超过1.5A(当内部过电流限制被触发时)的三极BLDC电机。Brushless 4 Click仅支持3.3V的MCU,并且不打算通过5V MCU连接或控制,除非使用适当的电平转换电路。

Brushless 4 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

212

RAM (字节)

262144

你完善了我!

配件

搭载霍尔传感器的无刷直流(BLDC)电机代表了42BLF电机系列中的高性能电机。这款电机采用星形配置,霍尔效应角为120°,确保了精准可靠的性能。具有47mm的紧凑电机长度和仅0.29kg的轻量设计,该BLDC电机经过精心设计以满足您的需求。在24VDC的额定电压和4000±10%RPM的速度范围内无缝运行,这款电机提供一致可靠的动力。在-20到+50°C的正常操作温度范围内表现出色,以1.9A的额定电流保持高效率。此外,该产品与所有需要带有霍尔传感器的无刷电机的无刷电机 Click board™ 以及无缝集成。

Brushless 4 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
PWM Speed Control
PD0
PWM
Motor Speed Indicator
PB4
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Brushless 4 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

这个库包含用于 Brushless 4 Click 驱动程序的 API。

关键函数:

  • brushless4_set_duty_cycle - 此函数设置 PWM 占空比

  • brushless4_pwm_start - 此函数启动 PWM 模块

  • brushless4_pwm_pin - 此函数设置 PWM 引脚的状态

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 
 * @brief Brushless 4 Click example
 * 
 * # Description
 * This click has many features for driving a wide range of small to medium BLDC motors.
 * It provides the rotor position digital output, via the FG pin, routed to the mikroBUS INT pin. 
 * 
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes the GPIO driver 
 * and configures the PWM peripheral for controlling the speed of the motor.
 * 
 * ## Application Task  
 * This is an example that demonstrates the use of a Brushless 4 Click board.
 * Brushless 4 Click communicates with the register via the PWM interface.  
 * Increases and decreasing the speed of the motor demonstrate speed control.
 * 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 "brushless4.h"

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

static brushless4_t brushless4;
static log_t logger;

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    brushless4_cfg_t 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.

    brushless4_cfg_setup( &cfg );
    BRUSHLESS4_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    brushless4_init( &brushless4, &cfg );
    
    brushless4_set_duty_cycle ( &brushless4, 0.0 );
    brushless4_pwm_start( &brushless4 );  
      
    log_info( &logger, "---- Application Task ----" );
    Delay_ms ( 1000 );
}

void application_task ( void )
{
    static int8_t duty_cnt = 1;
    static int8_t duty_inc = 1;
    float duty = duty_cnt / 10.0;

    brushless4_set_duty_cycle ( &brushless4, duty );
    log_printf( &logger, "Duty: %d%%\r\n", ( uint16_t )( duty_cnt * 10 ) );
    Delay_ms ( 500 );

    if ( 10 == duty_cnt ) 
    {
        duty_inc = -1;
        log_printf( &logger, " Slowing down... \r\n" );
    }
    else if ( 0 == duty_cnt ) 
    {
        duty_inc = 1;
        log_printf( &logger, " Increasing the motor speed... \r\n" );
    }
    duty_cnt += duty_inc;
}

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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