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使用IR2104S和PIC18F57Q43开发高功率电机控制系统

电机控制的掌握

Driver 2 Click with Curiosity Nano with PIC18F57Q43

已发布 6月 24, 2024

点击板

Driver 2 Click

开发板

Curiosity Nano with PIC18F57Q43

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC18F57Q43

不要让限制束缚你。通过先进的有刷电机控制掌控你的电机。接受低功耗输入,现在获得高功率输出!

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Driver 2 Click 基于 Infineon Technologies 的 IR2104S,这是一款高压、高速功率 MOSFET 和 IGBT 驱动器,具有典型的 0.21A 源电流和 0.36A 吸电流,并具有独立的高低侧参考输出通道。IR2104S 驱动器是一个功率放大器,接受来自控制器 IC 的低功耗输入,并为高功率晶体管(如功率 MOSFET)的栅极提供高电流驱动输入。本质上,它由电平转换器和放大器组合而成。其应用范围广泛,从高功率密度和效率的 DC-DC 电源到各种电机应用,如家用电器、工业驱动、直流有刷和无刷电机等。该 Click 板™ 具有兼容标准 CMOS 或 LSTTL 输出的逻辑输入,最低可达 3.3V 逻辑,并具有额外的关断功能。输出驱动器具有高脉冲电流

缓冲级,设计用于最小化驱动器交叉导通。它还具有一个精密电压比较器 LM393,具有低至 2.0 mV 的输入失调电压规范,允许单电源操作的共模范围到地平面,来自 STMicroelectronics。结合 INT 引脚,借助该比较器,当 LOAD 端子上的最大电流值被超过时,我们可以获得反馈(过流检测)。Driver 2 Click 使用驱动 IR2104S 输入 IN 引脚的 PWM 信号运行,并与 MCU 通信,通过 mikroBUS™ 插座上的 INT 和 CS 引脚(标记为 FB 和 SD)。该 Click 板™ 具有三个连接器,一个表示外部电源供应,标记为 VIN,范围为 12 至 45V。下一个是固定电压值为 12V 的栅极驱动器电源端子,最后一个标记为

LOAD 的端子是一个可以为负载提供最大电流达 10A 的端子。如前所述,额外功能是两个路由到 mikroBUS™ 插座的 CS 和 INT 引脚的引脚。标记为 SD 的 CS 引脚表示能够关闭 IR2104S 两个通道的关断功能,而另一个标记为 FB 的 INT 引脚表示,如果输出电流超过最大值,则会向 MCU 发出中断信号。该 Click 板™ 只能在 5V 逻辑电压水平下工作。使用不同逻辑电平的 MCU 之前,必须执行适当的逻辑电压电平转换。不过,该 Click 板™ 配备了包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Driver 2 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

DC 齿轮电机 - 430RPM (3-6V) 代表了一种电机和齿轮箱的集成组合,通过增加齿轮,降低电机速度,同时增加扭矩输出。此齿轮电机配有直齿齿轮箱,是低扭矩和低速需求应用的高可靠性解决方案。齿轮电机的最关键参数是速度、扭矩和效率。在此情况下,无负载速度为 520RPM,最大效率时为 430RPM,电流为 60mA,扭矩为 50g.cm。额定工作电压范围为 3-6V,支持顺时针/逆时针旋转方向。这款电机是最初用于机器人、医疗设备、电动门锁等众多功能的有刷直流电机的优秀解决方案。

Driver 2 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
Shutdown
PD4
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
NC
NC
3.3V
Ground
GND
GND
PWM Signal
PB0
PWM
Feedback
PA6
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

Driver 2 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
Board mapper by product8 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

该库包含 Driver 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • driver2_set_sd_pin - 设置 SD 引脚

  • driver2_set_pwm_pin - 设置 PWM 引脚

  • driver2_get_fb_pin - 获取 FB 引脚

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 Driver2 Click example
 *
 * # Description
 * This is an example that demonstrates the use of the Driver 2 Click board.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes driver module and sets PWM.
 *
 * ## Application Task
 * Start motor example with change in motor speed using changes in PWM duty cycle.
 *
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "driver2.h"

static driver2_t driver2;
static log_t logger;

void application_init ( void ) {
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    driver2_cfg_t driver2_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.

    driver2_cfg_setup( &driver2_cfg );
    DRIVER2_MAP_MIKROBUS( driver2_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag  = driver2_init( &driver2, &driver2_cfg );
    if ( PWM_ERROR == init_flag ) {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }

    driver2_default_cfg ( &driver2 );

    driver2_set_duty_cycle ( &driver2, 0.0 );
    driver2_pwm_start( &driver2 );

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

void application_task ( void ) {
    static int8_t duty_cnt = 1;
    static int8_t duty_inc = 1;
    float duty = duty_cnt / 10.0;
    
    driver2_set_duty_cycle ( &driver2, duty );
    log_printf( &logger, "> Duty: %d%%\r\n", ( uint16_t )( duty_cnt * 10 ) );
    
    Delay_ms ( 500 );
    
    if ( 10 == duty_cnt ) {
        duty_inc = -1;
    } else if ( 0 == duty_cnt ) {
        duty_inc = 1;
    }
    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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