初学者
10 分钟

使用TMC6300和PIC32MZ2048EFM100精确控制无刷电机

BLDC/PMSM电机的电源驱动器

Brushless 27 Click with Curiosity PIC32 MZ EF

已发布 6月 27, 2024

点击板

Brushless 27 Click

开发板

Curiosity PIC32 MZ EF

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC32MZ2048EFM100

通过精确控制电力流动来优化BLDC电机的性能。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 27 Click基于来自Analog Devices的用于BLDC/PMSM电机的功率驱动器TMC6300。它集成了充电泵和超低待机电流,确保最佳效率和最长的电池寿命。这个三相驱动器提供了三个半桥,每个半桥都有独立的使能信号用于低侧和高侧。它针对BLDC电机控制进行了优化,以及其他磁性执行器的控制。每个半桥的每个MOSFET都可以单独开启和关闭。内部的断开前导(BBM)逻辑确保不会发生交叉导通。驱动器使用来自NXP的低电压8位I/O端口

PCA9538的6线控制来操作具有块或正弦换向的BLDC电机。驱动器的脚点通过感应电阻连接到来自德州仪器的低电压轨到轨输出运算放大器LMV321。这个OP-AMP允许通过电流测量电机来控制或限制电机的转矩。您可以更改此感应电阻(R9)以根据Brushless 27 Click底部的表设置其他最大电机电流值。可以通过INPUT螺钉端子连接范围为2-11V的外部电源。Brushless 27 Click使用PCA9538的标准2线I2C接口与主机MCU通信,支持最高400kHz的时

钟频率。I2C地址可以通过ADDR SEL跳线进行选择。可以通过RST引脚重置I/O prot,而主机MCU可以通过SEN引脚测量电流。诊断输出通过INT引脚发出任何过流或过温条件的信号。此Click板™可以通过VCC SEL跳线选择3.3V或5V逻辑电压电平。这样,既能使用3.3V又能使用5V的MCU都可以正确使用通信线路。此外,此Click板™配备了一个包含易于使用的函数和示例代码的库,可用于进一步开发。

Brushless 27 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Curiosity PIC32 MZ EF 开发板是一个完全集成的 32 位开发平台,特点是高性能的 PIC32MZ EF 系列(PIC32MZ2048EFM),该系列具有 2MB Flash、512KB RAM、集成的浮点单元(FPU)、加密加速器和出色的连接选项。它包括一个集成的程序员和调试器,无需额外硬件。用户可以通过 MIKROE 

mikroBUS™ Click™ 适配器板扩展功能,通过 Microchip PHY 女儿板添加以太网连接功能,使用 Microchip 扩展板添加 WiFi 连接能力,并通过 Microchip 音频女儿板添加音频输入和输出功能。这些板完全集成到 PIC32 强大的软件框架 MPLAB Harmony 中,该框架提供了一个灵活且模块化的接口

来应用开发、一套丰富的互操作软件堆栈(TCP-IP、USB)和易于使用的功能。Curiosity PIC32 MZ EF 开发板提供了扩展能力,使其成为连接性、物联网和通用应用中快速原型设计的绝佳选择。

Curiosity PIC32MZ EF double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

PIC32

MCU 内存 (KB)

2048

硅供应商

Microchip

引脚数

100

RAM (字节)

524288

你完善了我!

配件

无刷直流(BLDC)电机带霍尔传感器是42BLF电机系列的高性能电机。这款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,仅为47mm,设计轻量化,重量仅为0.29kg,旨在满足您的需求。在额定电压为24VDC、速度范围为4000 ± 10% RPM的情况下,该电机可以无缝运行,提供持续可靠的动力。在-20至+50°C的正常操作温度范围内表现出色,额定电流为1.9A,保持高效。此外,该产品与所有Brushless Click板™和需要带霍尔传感器的BLDC电机的板无缝集成。

Brushless 27 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Current Sense Output
RPB4
AN
Reset
RA9
RST
ID COMM
RPD4
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Interrupt
RF13
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
RPA14
SCL
I2C Data
RPA15
SDA
Power Supply
5V
5V
round
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Brushless 27 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Curiosity PIC32MZ EF front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Curiosity PIC32 MZ EF作为您的开发板开始。

Curiosity PIC32MZ EF front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
Curiosity PIC32 MZ EF MB 1 Access - 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
Curiosity PIC32 MZ EF 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

该库包含 Brushless 27 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • brushless27_set_pins - 设置 Brushless 27 的引脚功能。

  • brushless27_set_trap_com_state - 设置 Brushless 27 的梯形通信状态。

  • brushless27_drive_motor - 驱动 Brushless 27 的电机功能。

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 27 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Brushless 27 Click board by driving the 
 * motor in both directions at different speeds.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the Click default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * Drives the motor in both directions and changes the motor speed approximately every 2 seconds.
 * The driving direction and speed will be displayed on the USB UART.
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "brushless27.h"

static brushless27_t brushless27;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    brushless27_cfg_t brushless27_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.
    brushless27_cfg_setup( &brushless27_cfg );
    BRUSHLESS27_MAP_MIKROBUS( brushless27_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == brushless27_init( &brushless27, &brushless27_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( BRUSHLESS27_ERROR == brushless27_default_cfg ( &brushless27 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    log_printf ( &logger, "\r\n Driving motor clockwise \r\n" );
    for ( uint8_t speed = BRUSHLESS27_SPEED_MIN; speed <= BRUSHLESS27_SPEED_MAX; speed += 20 )
    {
        log_printf ( &logger, " Speed gain: %u\r\n", ( uint16_t ) speed );
        if ( BRUSHLESS27_OK != brushless27_drive_motor ( &brushless27, BRUSHLESS27_DIR_CW, speed, 2000 ) )
        {
            log_error ( &logger, " Drive motor " );
        }
    }
    Delay_ms ( 1000 );
    
    log_printf ( &logger, "\r\n Driving motor counter-clockwise \r\n" );
    for ( uint8_t speed = BRUSHLESS27_SPEED_MIN; speed <= BRUSHLESS27_SPEED_MAX; speed += 20 )
    {
        log_printf ( &logger, " Speed gain: %u\r\n", ( uint16_t ) speed );
        if ( BRUSHLESS27_OK != brushless27_drive_motor ( &brushless27, BRUSHLESS27_DIR_CCW, speed, 2000 ) )
        {
            log_error ( &logger, " Drive motor " );
        }
    }
    Delay_ms ( 1000 );
}

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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