初学者
10 分钟

使用TC78B016FTG和ATmega1284在工业和消费应用中实现无刷直流电机的精确管理

用于无刷直流电机的三相正弦波PWM驱动器

Brushless 10 Click with EasyAVR v7

已发布 6月 24, 2024

点击板

Brushless 10 Click

开发板

EasyAVR v7

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega1284

用于冷却系统、自动化和精密机械中精确调整速度和方向的无刷直流电机控制。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 10 Click 基于东芝半导体的 TC78B016FTG,一款适用于无刷直流电机的三相正弦波 PWM 驱动器。该驱动器配备了东芝的智能相位控制(InPAC)功能,这是一种先进的功能,旨在自动调整电机的相位,从而消除了手动校准的需求,简化了设置过程,并提高了电机的效率。主要用于风扇电机,该驱动器利用其相位调整能力显著提升了操作效率。TC78B016FTG 具有多个控制和诊断功能,以有效管理和监控无刷直流电机。FGO(旋转速度输出)功能通过霍尔传感器产生旋转脉冲,可通过 FG 开关或板载 DAC(如果 R26 已安装)配置为每电角度一个或三个脉冲,逻辑 1 为每电角度三脉冲,逻辑 0 为一个脉冲,并通过蓝色 FG LED 视觉显示操作模式。电机操作可通过 BRK 引脚停止,高电平激活制动功能,低电平恢复正常操作。电机速度控制通过 TSP(旋转速度命令)功能管理,允许基于 PWM 占空比输出进行启动、停止和速度调节。此功能可通过模拟电压或脉冲占空比控制选择,使用 SP 开关或板载 DAC(如果 R25 已安装)实现。LD 引脚通过检测过流、热关断、电机锁定或欠压/过压条件来增强安全性,并通过红色 ALR LED 提供视觉警

报。此外,电路板支持电机的方向控制,可通过 CW/CCW 开关或板载 DAC(如果 R22 已安装)实现,低电平为正向,高电平为反向。TC78B016FTG 的附加功能可通过板载 DAC43608 调整,该 DAC 通过 I2C 连接与主 MCU 接口。通过将 ADDR SEL 跳线设置为位置 0 或 1,可以选择其 I2C 地址,为通信协议提供一层定制。通过此 DAC 可以实现多种电机控制增强功能,例如前导角控制。此功能根据旋转速度和电流变化动态提高电机效率。此控制可通过 LA 开关激活用于智能相位控制(InPAC)或频率调整,或通过输入电压进行外部前导角控制,当 R27 已安装时,可调范围为 0° 至 58°。此外,还可设置最小输出占空比和电机锁定配置,确定锁定功能是否激活及其操作与暂停的持续时间。此外,DAC 可选择电机的 PWM 频率,提供 25kHz、50kHz、100kHz 或 200kHz 的选项,根据应用需求调整电机性能。另一个重要功能是 TSTEP SEL 跳线,它执行电机的加速和减速控制。此功能允许电机在启动时逐渐增加或减少速度,过渡时间可根据跳线位置调整为 0.01 秒或 10 秒。Brushless 10 Click 支持通过 VM 端子从 6V 到 30V 的外部电源,并允许通过

 R19 和 R23 电流感应电阻调整电流输出,电阻值为 150mΩ,额定电流为 1.5A。此功能确保电路板能够管理各种无刷直流电机(BLDC),包括配备霍尔传感器的电机,如 MIKROE 提供的带霍尔传感器的 BLDC 电机。除了电机连接端子外,电路板还配有专用引脚连接这些额外的霍尔信号,增强电机的精度和效率。此外,通过在电路板背面的跳线可以添加可选的 4k7 上拉电阻来微调这些霍尔信号输入。根据用户的需求,这些跳线可以设置为开启或关闭位置,提供信号完整性的定制层。此外,该 Click board™ 预先配置为霍尔 IC 使用的操作模式,提供基于 TC78B016FTG 提供的参考电压的额外霍尔 U/V/W 信号配置。使用霍尔元件时,必须在板上某些元件进行焊接去除操作。一个橙色的 VREG LED 视觉指示此参考电压,确保用户可以轻松检查板子的状态。此 Click board™ 可以通过 VCC SEL 跳线选择使用 3.3V 或 5V 逻辑电压电平。这样,3.3V 和 5V 兼容的 MCU 都可以正确使用通信线路。此外,此 Click board™ 配备了一个包含易于使用的功能和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Brushless 10 Click hardware overview image

功能概述

开发板

EasyAVR v7 是第七代AVR开发板,专为快速开发嵌入式应用的需求而设计。它支持广泛的16位AVR微控制器,来自Microchip,并具有一系列独特功能,如强大的板载mikroProg程序员和通过USB的在线电路调试器。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。EasyAVR v7 通过每个端口的四种不同连接器,比以往更高效地连接附件板、传感器和自定义电子产品。EasyAVR v7 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。一个集成的mikroProg,一个快速的USB 2.0程序员,带有mikroICD硬件在线电路调试器,提供许多有价值的编 程/调试选项和与Mikroe软件环境的无缝集成。除此之外,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,包括外部12V电源供应,7-12V交流或9-15V直流通过DC连接器/螺丝端子,以及通过USB Type-B(USB-B)连接器的电源。通信选项如USB-UART和RS-232也包括在内,与

广受好评的mikroBUS™标准、三种显示选项(7段、图形和基于字符的LCD)和几种不同的DIP插座一起,覆盖了广泛的16位AVR MCU。EasyAVR v7 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。

EasyAVR v7 horizontal image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

ATmega1284

建筑

AVR

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

Microchip

引脚数

40

RAM (字节)

16384

你完善了我!

配件

带有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。此电机采用星形配置接线,霍尔效应角度为120°,确保精确可靠的性能。电机长度紧凑为47mm,重量仅为0.29kg,设计轻便,满足您的需求。该电机在24VDC的额定电压下完美运行,速度范围为4000 ± 10% RPM,提供一致可靠的动力。在-20至+50°C的正常工作温度范围内表现出色,额定电流为1.9A。此外,该产品可与所有Brushless Click boards™及需要带霍尔传感器的BLDC电机的设备无缝集成。

Brushless 10 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Rotational Speed Output
PA7
AN
Brake Control
PA6
RST
ID COMM
PA5
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Rotational Speed Command
PD4
PWM
Anomaly Detection
PD2
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PC0
SCL
I2C Data
PC1
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Brushless 10 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

EasyAVR v7 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以EasyAVR v7作为您的开发板开始。

EasyAVR v7 front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
EasyAVR v7 Access DIP 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 DIP image step 7 hardware assembly
EasyPIC PRO v7a Display Selection Necto Step 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 Brushless 10 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • brushless10_set_duty_cycle - 此功能以百分比设置PWM占空比(范围 [0..1])

  • brushless10_pull_brake - 此功能通过将BRAKE引脚设置为高逻辑状态来拉制动

  • brushless10_release_brake - 此功能通过将BRAKE引脚设置为低逻辑状态来释放制动

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 10 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Brushless 10 click board by driving the 
 * motor at different speeds.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the click default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * Controls the motor speed by changing the PWM duty cycle every 2 seconds.
 * The duty cycle ranges from 20% to 100%. Each step will be logged on the USB UART
 * where you can track the program flow.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "brushless10.h"

static brushless10_t brushless10;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    brushless10_cfg_t brushless10_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.
    brushless10_cfg_setup( &brushless10_cfg );
    BRUSHLESS10_MAP_MIKROBUS( brushless10_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( BRUSHLESS10_OK != brushless10_init( &brushless10, &brushless10_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( BRUSHLESS10_OK != brushless10_default_cfg ( &brushless10 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    static int8_t duty_cnt = 2;
    static int8_t duty_inc = 1;
    float duty = duty_cnt / 10.0;
    
    brushless10_set_duty_cycle ( &brushless10, duty );
    log_printf( &logger, "> Duty: %d%%\r\n", ( uint16_t )( duty_cnt * 10 ) );
    
    Delay_ms( 2000 );

    duty_cnt += duty_inc;
    if ( duty_cnt > 10 ) 
    {        
        duty_cnt = 9;
        duty_inc = -1;
    }
    else if ( duty_cnt < 2 ) 
    {
        duty_cnt = 2;
        duty_inc = 1;
        log_printf( &logger, " Pull brake\r\n" );
        brushless10_pull_brake ( &brushless10 );
        Delay_ms( 3000 );
        log_printf( &logger, " Release brake\r\n" );
        brushless10_release_brake ( &brushless10 );
        Delay_ms( 1000 );
    }
}

int main ( void ) 
{
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

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

额外支持

资源

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