中级
30 分钟

使用 A4941 和 PIC18F57Q43 为无刷直流电机控制提供定制解决方案。

释放无刷电机的力量。

Brushless 5 Click with Curiosity Nano with PIC18F57Q43

已发布 6月 24, 2024

点击板

Brushless 5 Click

开发板

Curiosity Nano with PIC18F57Q43

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC18F57Q43

使用我们的无刷电机控制系统,享受更平稳和安静的操作,提升用户舒适度并减少各种应用中的噪音。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 5 Click 基于 Allegro MicroSystems 的 A4941,这是一款三相无感风扇驱动器。该IC具有专有的无感BEMF零交叉感应技术,通过FG输出引脚提供速度读取,该引脚连接到 mikroBUS™ 的 INT 引脚。BEMF 零交叉是未驱动电机绕组的电压(BEMF 是反电动势的缩写)穿过电机中点(中性点)电压的点。当使用的电机未提供中点电压时,可以使用内部生成的参考电压来近似中点电压。BEMF 零交叉发生在转子的一个极与定子的一个极对齐时,作为 A4941 的换向控制器部分的位置参考。零交叉发生时,内部信号设为高电平,而下一个相位换向的开始设为低电平。信号在高低电平之间锁存,以免换向瞬变影响它。这提供了一个健壮且准确的位置感应系统。内部序列器用于根据位置反馈

换向相位。在启动期间,内部振荡器提供相位换向,直到检测到有效的 BEMF 位置信号序列。在此阶段,通过线圈的电流最大,因为在启动序列期间应用了100%占空比的PWM信号。锁定检测功能防止电机锁死或失步,同时保护线圈和 IC 不过热。如果2秒内未检测到有效的FG信号,输出将关闭5秒。超时后,将尝试重新启动。内部峰值过流保护设置约为1A。如果电机消耗超过1A,特别是在启动期间,过流保护将激活,关闭输出阶段约25µs。这可以防止某些类型的电机启动,因此选择了最长的200ms启动延迟用于此 Click board™。PWM引脚连接到 mikroBUS™ 的同一引脚,可以用来控制通过线圈的电流。当对PWM输入引脚施加高电平逻辑时,电源电流流过线圈。当对PWM输入引脚施加低电平

逻辑时,线圈中没有电流流动。施加频率为15kHz至30kHz的PWM信号将产生与应用的PWM占空比相对应的线圈电流。最小脉宽固定为6μs,即使在应用占空比非常低的PWM信号时也能保持最低速度。对PWM引脚施加低电平逻辑超过500µs会将设备置于低功耗(待机)模式。电机线圈的电源通过外部两极端子连接。VBAT+输入连接到正电压,而GND输入连接到电源的地。外部电源的电压应保持在5V至16V之间。最常见的是12V电机。BLDC电机线圈应连接到四极输出螺钉端子。相应的电机相位连接到A、B和C端子输出,而BLDC电机的中心点可以连接到标记为N的输出端。如果使用的BLDC电机没有中心(中性)点输出,所需的BEMF感应中性点将内部生成。

Brushless 5 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

带霍尔传感器的无刷直流(BLDC)电机是42BLF电机系列中的高性能电机。此电机采用星形接线配置,具有120°霍尔效应角,确保精确可靠的性能。电机长度紧凑,为47毫米,轻量化设计,重量仅为0.29千克,满足您的需求。此BLDC电机在24VDC额定电压下完美运行,速度范围为4000 ± 10% RPM,提供持续可靠的动力。它在-20到+50°C的正常工作温度范围内表现优异,额定电流为1.9A。此外,此产品可与所有Brushless Click boards™以及需要带霍尔传感器的BLDC电机的设备无缝集成。

Brushless 5 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 5 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

此库包含用于 Brushless 5 Click 驱动的 API。

关键功能:

  • brushless5_set_duty_cycle - 通用设置 PWM 占空比

  • brushless5_pwm_stop - 停止 PWM 模块

  • brushless5_pwm_start - 启动 PWM 模块

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 Brushless5 Click example
 * 
 * # Description
 * This library contains an API for the Brushless5 Click driver.
 * This example showcases how to initialize and use the Brushless 5 Click. 
 * The Click has a brushless 5 motor driver which controls the work 
 * of the motor through the BLDC terminal. 
 * In order for this example to work a motor and a power supply are needed.
 *
 * 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 5 Click board.
 * Brushless 5 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 "brushless5.h"

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

static brushless5_t brushless5;
static log_t logger;

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    brushless5_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 ----" );
    Delay_ms ( 100 );

    //  Click initialization.

    brushless5_cfg_setup( &cfg );
    BRUSHLESS5_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    brushless5_init( &brushless5, &cfg );
    Delay_ms ( 100 );
    
    brushless5_set_duty_cycle ( &brushless5, 0.0 );
    brushless5_pwm_start( &brushless5 );
    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;

    brushless5_set_duty_cycle ( &brushless5, 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;
    Delay_ms ( 500 );
} 

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

喜欢这个项目吗?

'购买此套件' 按钮会直接带您进入购物车,您可以在购物车中轻松添加或移除产品。