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使用TB9083FTG和PIC18F46K22在苛刻的汽车应用中控制无刷直流电机

用于无刷(BLDC)电机控制的汽车GATE驱动器

Brushless 30 Click with EasyPIC v8

已发布 9月 05, 2024

点击板

Brushless 30 Click

开发板

EasyPIC v8

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC18F46K22

精准可靠地控制您的无刷直流电机,即使在最严苛的汽车环境中,也能确保安全性能

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 30 Click基于Toshiba Semiconductor的TB9083FTG栅极驱动IC,专为汽车环境设计,符合AEC-Q100和AEC-Q006标准。该Click板™充分利用了TB9083FTG的功能,具有三相BLDC预驱动器,通过六个板载外部MOSFET(TPH1R104PB)控制无刷电机。此外,它集成了安全继电器预驱动器,增加了额外的保护层。TB9083FTG还包含内置电荷泵、可调节的每个电机相位电流检测放大器和振荡器电路,并通过SPI通信接口,简化了配置和与主MCU的通信。为了确保可靠的性能,TB9083FTG提供了多种错误检测功能,包括欠压、过压、过温和外部MOSFET保护,使Brushless 30 Click成为诸如电动助力转向(EPS)、电动刹车和泵等汽车电机控制应用的可靠选择。该Click板™支持多种外部电源,输入电压范围为4.5V至28V,通过前端的接线端子接入电源。它可

以提供高达10A的峰值输出电流,为连接到底部端子的BLDC电机提供强大的驱动力。板上还通过未焊接的J1连接器提供专用引脚,用于连接驱动设备提供的6个PWM信号,驱动连接到Brushless 30 Click板™端子的BLDC电机。正如前面提到的,Brushless 30 Click通过4线SPI接口与主MCU通信,支持最高2MHz的时钟频率,确保数据传输的快速可靠。SPI接口允许修改设置,如触发阈值和响应动作。除了接口引脚外,板上还使用了mikroBUS™插座上的两个其他引脚。ALR引脚用于在检测到异常情况时打开或关闭电机驱动和安全预驱动电路。该引脚连接到一个红色的ALR LED指示灯,用于提供此类情况的视觉警报。同样,DAG引脚作为TB9083FTG的诊断输出,提供有关是否检测到错误状况的信息。该引脚连接到一个橙色的DAG LED指示灯,用于直观地显示诊断状态。除了J1连接

器外,该板还包含几个未焊接的连接器,提供额外的功能。AxO(J3)连接器连接到电流检测电路,该电路具有三个电机电流检测放大器。这些输出可以放大通过与电机驱动连接的分流电阻的电流引起的差分电压,从而提供精确的电流测量。SRxO(J4)连接器连接到安全继电器预驱动器,控制连接到此未焊接连接器的电源或电机继电器。安全继电器预驱动器电路通过CP_RLY_CTRL SPI寄存器管理,并包含内置的500Ω电阻和防反向连接的二极管。该Click板™可以通过VCC SEL跳线选择使用3.3V或5V逻辑电平运行。这样,支持3.3V和5V逻辑电平的MCU都可以正确使用通信线路。此外,该Click板™还配备了包含易于使用的函数和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

Brushless 30 Click hardware overview image

功能概述

开发板

EasyPIC 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。它支持许多高引脚计数的8位PIC微控制器,来自Microchip,无论它们的引脚数量如何,并且具有一系列独特功能,例如首次集成的调试器/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,EasyPIC 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。

EasyPIC 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。除了先进的集成CODEGRIP程 序/调试模块,该模块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外,该板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 DEVICE和CAN也包括在内,包括 广受好评的mikroBUS™标准、两种显示选项(图形和

基于字符的LCD)和几种不同的DIP插座。这些插座覆盖了从最小的只有八个至四十个引脚的8位PIC MCU的广泛范围。EasyPIC 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。

EasyPIC v8 horizontal image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

PIC18F46K22

建筑

PIC

MCU 内存 (KB)

64

硅供应商

Microchip

引脚数

40

RAM (字节)

3896

你完善了我!

配件

带有霍尔传感器的无刷直流 (BLDC) 电机是来自 42BLF 电机系列的高性能电机。该电机采用星形配置布线,具有 120° 的霍尔效应角度,确保精确和可靠的性能。电机长度紧凑,仅为 47mm,重量轻巧,仅 0.29kg,专为满足您的需求而设计。在 24VDC 额定电压和 4000 ± 10% RPM 速度范围内,电机能够平稳运行,提供持续稳定的动力。它在 -20 到 +50°C 的正常工作温度范围内表现出色,保持了 1.9A 额定电流的高效运行。此外,该产品能够与所有 Brushless Click boards™ 以及需要配备霍尔传感器的 BLDC 电机的应用无缝集成。

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
ID SEL
RE1
RST
SPI Select / ID COMM
RE0
CS
SPI Clock
RC3
SCK
SPI Data OUT
RC4
MISO
SPI Data IN
RC5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Pre-Driver Enable / Alarm
RC0
PWM
Diagnostic Output
RB0
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

Brushless 30 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

EasyPIC v8 front image hardware assembly

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

EasyPIC v8 front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
MCU DIP 40 hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
EasyPIC v8 Access DIPMB 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
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 Brushless 30 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • brushless30_write_reg - 此函数通过SPI串行接口将数据字写入选定寄存器。

  • brushless30_read_reg - 此函数通过SPI串行接口从选定寄存器读取数据字。

  • brushless30_get_diag_pin - 此函数返回DIAG引脚的逻辑状态。

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 main.c
 * @brief Brushless 30 Click example
 *
 * # Description
 * This example configures the Brushless 30 click board and makes it ready for
 * the motor control over 6 PWM input signals.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the click default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * Monitors the DIAG pin state, displays the STAT1 and STAT2 registers on the USB UART,
 * and clears the set flags.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "brushless30.h"

static brushless30_t brushless30;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    brushless30_cfg_t brushless30_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.
    brushless30_cfg_setup( &brushless30_cfg );
    BRUSHLESS30_MAP_MIKROBUS( brushless30_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == brushless30_init( &brushless30, &brushless30_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( BRUSHLESS30_ERROR == brushless30_default_cfg ( &brushless30 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }

    log_printf( &logger, " Click is configured successfully.\r\n" );
    log_printf( &logger, " Apply a 6 PWM signals to UVW H/L pins to drive the motor.\r\n" );

    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    uint16_t status = 0;
    if ( !brushless30_get_diag_pin ( &brushless30 ) )
    {
        if ( BRUSHLESS30_OK == brushless30_read_reg ( &brushless30, BRUSHLESS30_REG_STAT1, &status ) )
        {
            if ( status )
            {
                log_printf( &logger, " STAT1: 0x%.4X\r\n", status );
                if ( BRUSHLESS30_OK == brushless30_write_reg ( &brushless30, BRUSHLESS30_REG_STAT1, status ) )
                {
                    log_printf( &logger, " STAT1: cleared\r\n" );
                }
            }
        }
        
        if ( BRUSHLESS30_OK == brushless30_read_reg ( &brushless30, BRUSHLESS30_REG_STAT2, &status ) )
        {
            if ( status )
            {
                log_printf( &logger, " STAT2: 0x%.4X\r\n", status );
                if ( BRUSHLESS30_OK == brushless30_write_reg ( &brushless30, BRUSHLESS30_REG_STAT2, status ) )
                {
                    log_printf( &logger, " STAT2: cleared\r\n" );
                }
            }
        }
        
        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

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