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使用DRV8313和STM32F410RB构建您的BLDC电机驱动器

平稳驱动从我们开始!

Brushless 20 Click with Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Brushless 20 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F410RB

用于 BLDC 电机控制、电磁阀或其他负载的三相电机驱动器。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 20 Click 基于德州仪器的 DRV8313,这是一款集成度高的三相 BLDC 电机驱动器。高度集成的 DRV8313 配备 PWM/使能控制接口、宽电压工作范围、集成的 10mA LDO 和强大的片上保护功能。低 RDSON 和高效的开关算法确保优异的热性能和高驱动能力。此 Click board™ 为各种应用中的无刷直流 (BLDC) 电机提供节能解决方案和安静的电机操作。每个输出驱动通道由 N 沟道功率 MOSFET 组成,配置为 1/2-H 桥配置。控制引脚可以通过 I2C 接口和 

PCA9538A 端口扩展器访问,通过它可以直接控制这些引脚的状态以及输出端子的状态。PCA9538A 还允许通过将标记为 ADDR SEL 的 SMD 跳线定位在标记为 0 和 1 的适当位置来选择其 I2C 从地址的最低有效位 (LSB),以及其连接到 mikroBUS™ 插座的 INT 和 RST 引脚的中断和复位功能。除非 SLP 引脚(连接到 mikroBUS™ 插座的 CS 引脚)处于低逻辑状态,否则 DRV8313 是活动的。在睡眠模式下,充电泵和输出 FET 以及内部 LDO 稳压器被禁用。如果 SLP 处于高逻辑状态,

DRV8313 将自动退出睡眠模式。该板还支持电机的外部电源,可以连接到标记为 VM 的输入端子,电压范围应在 8V 到 60V 之间,而 BLDC 电机线圈可以连接到标记为 1、2 和 3 的端子。此 Click board™ 可通过 VCC SEL 跳线选择 3.3V 或 5V 逻辑电压水平。这样,3.3V 和 5V 的 MCU 都可以正确使用通信线路。然而,该 Click board™ 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 20 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F410RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于  ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32C031C6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32768

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 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。该电机采用星形配置,具有120°霍尔效应角度,确保精确和可靠的性能。其紧凑的电机长度为47毫米,轻量设计仅重0.29公斤,满足您的需求。在24VDC的额定电压和4000 ± 10% RPM的速度范围内完美运行,这款电机提供一致且可靠的动力。它在-20至+50°C的正常工作温度范围内表现出色,保持1.9A的额定电流效率。此外,该产品可与所有带霍尔传感器的无刷 Click boards™ 以及需要 BLDC 电机的设备无缝集成。

Brushless 20 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset
PC12
RST
Sleep Mode
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Interrupt
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

原理图

Brushless 20 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32F410RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32XXX MCU Access MB 1 Mini B Conn - 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
Clicker 4 for STM32F4 HA 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 20 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • brushless20_perform_com_sequence - 此函数以所选旋转方向的所需速度执行单个换相序列。

  • brushless20_drive_motor - 此函数通过执行多个换相序列,以所选旋转方向和所需速度驱动电机指定时间。

  • brushless20_get_fault_pin - 此函数返回故障引脚的逻辑状态。

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 Brushless 20 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Brushless 20 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
 * Drives the motor in both directions and changes the motor speed every 3 seconds approximately.
 * The current driving direction and speed will be displayed on the USB UART.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "brushless20.h"

static brushless20_t brushless20;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    brushless20_cfg_t brushless20_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.
    brushless20_cfg_setup( &brushless20_cfg );
    BRUSHLESS20_MAP_MIKROBUS( brushless20_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == brushless20_init( &brushless20, &brushless20_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( BRUSHLESS20_ERROR == brushless20_default_cfg ( &brushless20 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }

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

void application_task ( void ) 
{
    log_printf ( &logger, "\r\n Driving motor clockwise \r\n" );
    for ( uint8_t speed = BRUSHLESS20_SPEED_MIN; speed <= BRUSHLESS20_SPEED_MAX; speed += 20 )
    {
        log_printf ( &logger, " Speed: %u\r\n", ( uint16_t ) speed );
        if ( BRUSHLESS20_OK != brushless20_drive_motor ( &brushless20, BRUSHLESS20_DIR_CW, speed, 3000 ) )
        {
            log_error ( &logger, " Drive motor " );
        }
    }
    Delay_ms ( 1000 );
    log_printf ( &logger, "\r\n Driving motor counter-clockwise \r\n" );
    for ( uint8_t speed = BRUSHLESS20_SPEED_MIN; speed <= BRUSHLESS20_SPEED_MAX; speed += 20 )
    {
        log_printf ( &logger, " Speed: %u\r\n", ( uint16_t ) speed );
        if ( BRUSHLESS20_OK != brushless20_drive_motor ( &brushless20, BRUSHLESS20_DIR_CCW, speed, 3000 ) )
        {
            log_error ( &logger, " Drive motor " );
        }
    }
    Delay_ms ( 1000 );
}

void main ( void ) 
{
    application_init( );

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

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

额外支持

资源

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