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30 分钟

使用TB9061AFNG和ATmega328创建一个安静强大的BLDC控制系统

无刷控制,无限可能

Brushless 15 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 24, 2024

点击板

Brushless 15 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328

我们多功能的无刷电机控制解决方案可无缝集成到现有系统中,为各种工程需求提供强大且适应性强的解决方案。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 15 Click基于TB9061AFNG,这是一款汽车预驱动器,带有用于驱动东芝半导体3相全波无刷直流电机的无传感器控制器。3相电机由PWM输出信号驱动,其占空比由mikroBUS的PWM信号决定。此输入PWM信号在逻辑电路中被测量、计算和校正。TB9061AFNG根据其结果生成20kHz内部PWM信号。之后,TB9061AFNG将内部PWM输入无传感器核心逻辑,并输出无传感器驱动信号用于3相无刷电机。除了PWM信号外,内部PWM占空比还可以通过施加在TB9061AFNG的ASIG引脚上的模拟电压进行控制,使用板载的标记为VR1的微调器手动设置。当PWM引脚短路接地时,来自VR1的模拟电压控制内部PWM占空比。用户还可以通过选择板载旋转开关标记为SW1的输入电压来选择强制换向频率。使用SW1,TB9061AFNG通过内部ADC接收SFCF

(强制换向频率选择)引脚的电压,并决定9.375到25.000rpm的强制换向频率。用户还可以根据SW2开关的设置将前导角度值设置为7.5°、15°或30°。当SW2处于下位时,前导角度设置为7.5°,上位表示设置为15°,中位表示设置为30°。如果选择了7.5°或15°,则在强制换向期间前导角度设置为0°。当正常换向开始时,它会自动更改为SW2指定的值。如果选择了30°,即使在强制换向期间,前导角度也设置为30°。TB9061AFNG具有多种诊断电路和驱动控制功能,包括过电流检测和电机驱动电流限制电路、过温(内部和外部)和过压检测。还包含电机锁定检测、步进检测和自动返回控制电路。除了来自mikroBUS™插座的用于驱动3相电机的PWM引脚外,此Click board™还具有标记为EN的启用引脚,并连接到mikroBUS™插座的CS引脚,用于电源开/关(执行电机操作的启动

和停止控制)以优化功耗。DIR引脚连接到mikroBUS™插座的RST引脚,用于选择电机旋转方向(顺时针/逆时针)。此外,还可以检测旋转速度和异常操作,如电机锁定,这种情况通过连接到mikroBUS™插座的INT引脚的标记为OUTFG的蓝色LED指示灯进行指示。此Click board™支持外部电源为电机供电,可连接到标记为VM的输入端子,电压范围应在6V到18V之间,而BLDC电机线圈可连接到标记为U、V和W的端子。此Click board™只能在5V逻辑电压水平下运行。因此,在使用不同逻辑电平的MCU之前,必须进行适当的逻辑电压电平转换。此外,此Click board™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。

Brushless 15 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Arduino UNO 是围绕 ATmega328P 芯片构建的多功能微控制器板。它为各种项目提供了广泛的连接选项,具有 14 个数字输入/输出引脚,其中六个支持 PWM 输出,以及六个模拟输入。其核心组件包括一个 16MHz 的陶瓷谐振器、一个 USB 连接器、一个电

源插孔、一个 ICSP 头和一个复位按钮,提供了为板 子供电和编程所需的一切。UNO 可以通过 USB 连接到计算机,也可以通过 AC-to-DC 适配器或电池供电。作为第一个 USB Arduino 板,它成为 Arduino 平台的基准,"Uno" 符号化其作为系列首款产品的地

位。这个名称选择,意为意大利语中的 "一",是为了 纪念 Arduino Software(IDE)1.0 的推出。最初与 Arduino Software(IDE)版本1.0 同时推出,Uno 自此成为后续 Arduino 发布的基础模型,体现了该平台的演进。

Arduino UNO Rev3 double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

AVR

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

Microchip

引脚数

32

RAM (字节)

2048

你完善了我!

配件

Arduino Mega 的 Click Shield 配备了四个 mikroBUS™ 插槽,其中两个是 Shuttle 连接器,允许所有的 Click board™ 设备与 Arduino Mega 板轻松连接。Arduino Mega 板采用了AVR 8位微控制器,具有先进的RISC架构,54个数字 I/O 引脚,并且兼容 Arduino™,为原型设计和创建多样化应用提供了无限的可能性。该板通过 USB 连接方便地进行控制和供电,以便在开箱即用时高效地对 Arduino Mega 板进行编程和调试,另外还需要将额外的 USB 电缆连接到板上的 USB B 端口。通过集成的 ATmega16U2 程序器简化项目开发,并利用丰富的 I/O 选项和扩展功能释放创造力。有八个开关,您可以将其用作输入,并有八个 LED,可用作 MEGA2560 的输出。此外,该 shield 还具有来自 Microchip 的高精度缓冲电压参考 MCP1501。该参考电压默认通过板底部的 EXT REF 跳线选择。您可以像通常在 Arduino Mega 板上那样选择外部参考电压。还有一个用于测试目的的 GND 钩子。另外,还有四个额外的 LED,分别是 PWR、LED(标准引脚 D13)、RX 和 TX LED,连接到 UART1(mikroBUS™ 1 插槽)。此 Click Shield 还具有几个开关,执行诸如选择 mikroBUS™ 插槽上模拟信号的逻辑电平以及选择 mikroBUS™ 插槽本身的逻辑电压级别等功能。此外,用户还可以使用现有的双向电平转换器,无论 Click board™ 是否以3.3V或5V逻辑电压级别运行,都可以使用任何 Click board™。一旦您将 Arduino Mega 板与 Click Shield for Arduino Mega 连接,就可以访问数百个使用3.3V或5V逻辑电压级别工作的 Click board™。

Click Shield for Arduino UNO accessories 1 image

2207V-2500kV BLDC电机是一款外转子无刷直流电机,具有2500的kV值和M5轴直径。它是一个出色的解决方案,可满足许多最初由有刷直流电机执行的功能,或用于遥控无人机、赛车等多种应用。

Brushless 15 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Forward/Reverse Direction
PD2
RST
Enable
PB2
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
NC
NC
3.3V
Ground
GND
GND
PWM Signal
PD6
PWM
Interrupt
PC3
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 15 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Arduino UNO Rev3作为您的开发板开始。

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 front image hardware assembly
Charger 27 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Charger 27 Click complete accessories setup image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 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
Arduino UNO 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

通过调试模式的应用程序输出

1. 一旦代码示例加载完成,按下 "DEBUG" 按钮将启动构建过程,并将其编程到创建的设置上,然后进入调试模式。

2. 编程完成后,IDE 中将出现一个带有各种操作按钮的标题。点击绿色的 "PLAY" 按钮开始读取通过 Click board™ 获得的结果。获得的结果将在 "Application Output" 标签中显示。

DEBUG_Application_Output

软件支持

库描述

该库包含 Brushless 15 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • brushless15_set_duty_cycle - 此功能以百分比设置PWM占空比(范围[0..1])。

  • brushless15_enable_device - 此功能通过将EN引脚设置为低逻辑状态来启用设备。

  • brushless15_switch_direction - 此功能通过切换DIR引脚状态来改变方向。

开源

代码示例

这个示例可以在 NECTO Studio 中找到。欢迎下载代码,或者您也可以复制下面的代码。

/*!
 * @file main.c
 * @brief Brushless15 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Brushless 15 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
 * Controls the motor speed by changing the PWM duty cycle once per second.
 * The duty cycle ranges from 20% to 80%. At the minimal speed, the motor switches direction.
 * Each step will be logged on the USB UART where you can track the program flow.
 * 
 * @note
 * The maximal PWM Clock frequency for this click board is 1 kHz. 
 * So, depending on the selected setup the user will need to lower the MCU's main clock frequency 
 * in the setup in order to get the PWM clock frequency down to 1 kHz.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "brushless15.h"


static brushless15_t brushless15;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    brushless15_cfg_t brushless15_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.
    brushless15_cfg_setup( &brushless15_cfg );
    BRUSHLESS15_MAP_MIKROBUS( brushless15_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( PWM_ERROR == brushless15_init( &brushless15, &brushless15_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( BRUSHLESS15_ERROR == brushless15_default_cfg ( &brushless15 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    static int8_t duty_cnt = 2;
    static int8_t duty_inc = 1;
    float duty = duty_cnt / 10.0;
    
    brushless15_set_duty_cycle ( &brushless15, duty );
    log_printf( &logger, "> Duty: %d%%\r\n", ( uint16_t )( duty_cnt * 10 ) );
    
    Delay_ms( 1000 );
    duty_cnt += duty_inc;
    if ( 8 == duty_cnt ) 
    {
        duty_inc = -1;
    }
    else if ( 1 == duty_cnt ) 
    {
        duty_inc = 1;
        duty_cnt = 2;
        log_printf( &logger, " Switch direction\r\n\n" );
        brushless15_switch_direction ( &brushless15 );
    }
}

void main ( void )  
{
    application_init( );

    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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