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使用 MCP8063 和 PIC18F57Q43 释放无刷直流电机的潜力。

用无刷电机同步征服。

Brushless 4 Click with Curiosity Nano with PIC18F57Q43

已发布 6月 25, 2024

点击板

Brushless 4 Click

开发板

Curiosity Nano with PIC18F57Q43

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC18F57Q43

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

PIC18F57Q43 Curiosity Nano 评估套件是一款尖端的硬件平台,旨在评估 PIC18-Q43 系列内的微控制器。其设计的核心是包含了功能强大的 PIC18F57Q43 微控制器(MCU),提供先进的功能和稳健的性能。这个评估套件的关键特点包括一个黄 色用户 LED 和一个响应灵敏的机械用户开关,提供无

缝的交互和测试。为一个 32.768kHz 水晶振荡器足迹提供支持,确保精准的定时能力。套件内置的调试器拥有一个绿色电源和状态 LED,使编程和调试变得直观高效。此外,增强其实用性的还有虚拟串行端口 (CDC)和一个调试 GPIO 通道(DGI GPIO),提供广泛的连接选项。该套件通过 USB 供电,拥有由

 MIC5353 LDO 调节器提供支持的可调目标电压功能,确保在 1.8V 至 5.1V 的输出电压范围内稳定运行,最大输出电流为 500mA,受环境温度和电压限制。

PIC18F57Q43 Curiosity Nano double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

PIC

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

Microchip

引脚数

48

RAM (字节)

8196

你完善了我!

配件

Curiosity Nano Base for Click boards 是一款多功能硬件扩展平台,专为简化 Curiosity Nano 套件与扩展板之间的集成而设计,特别针对符合 mikroBUS™ 标准的 Click 板和 Xplained Pro 扩展板。这款创新的基板(屏蔽板)提供了无缝的连接和扩展可能性,简化了实验和开发过程。主要特点包括从 Curiosity Nano 套件提供 USB 电源兼容性,以及为增强灵活性而提供的另一种外部电源输入选项。板载锂离子/锂聚合物充电器和管理电路确保电池供电应用的平稳运行,简化了使用和管理。此外,基板内置了一个固定的 3.3V 电源供应单元,专用于目标和 mikroBUS™ 电源轨,以及一个固定的 5.0V 升压转换器,专供 mikroBUS™ 插座的 5V 电源轨,为各种连接设备提供稳定的电力供应。

Curiosity Nano Base for Click boards accessories 1 image

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
PB0
PWM
Motor Speed Indicator
PA6
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

Curiosity Nano Base for Click boards front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Curiosity Nano with PIC18F57Q43作为您的开发板开始。

Curiosity Nano Base for Click boards front image hardware assembly
Charger 27 Click front image hardware assembly
PIC18F47Q10 Curiosity Nano front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Charger 27 Click complete accessories setup image hardware assembly
Curiosity Nano with PICXXX 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 image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
PIC18F57Q43 Curiosity 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

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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