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使用AMT49400和STM32F446RE轻松将无传感器BLDC电机驱动器集成到您的设计中

告别缠绕的电线

Brushless 21 Click with Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Brushless 21 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F446RE

提升家用电器(如风扇和泵)性能的完美选择,提供灵活性和多功能性以优化其运行。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 21 Click 基于 AMT49400,这是一款来自 Allegro Microsystems 的集成 MOSFET 的三相无刷直流电机控制器。集成的磁场定向控制(FOC)算法实现了最佳效率和动态响应,并最大限度地减少了噪声。此外,Allegro 专有的非反向启动算法提高了启动性能。连接到标记为 U、V 和 W 的端子的 BLDC 电机在上电后会朝目标方向启动,无需反向抖动或振动。Soft-On Soft-Off (SOSO) 功能在 ON 命令(风车状态)时逐渐增加电机电流,在 OFF 命令时逐渐减少电机电流,从而进一步减少噪声并平稳地操作电机。该 Click board™ 允许选择与 MCU 通信的接口。可以通过将标

记为 COMM SEL 的 SMD 跳线定位在适当位置来选择 PWM 和 I2C 接口。注意,所有跳线的位置必须在同一侧,否则 Click board™ 可能无响应。选择 I2C 接口时,可以通过 EEPROM 可编程性设置电机额定电压、额定电流、额定速度、电阻和启动配置文件。另一方面,通过将占空比命令应用于 AMT49400 的 PWM 输入引脚来控制电机速度。除了 mikroBUS™ 插座的 PWM 引脚外,此 Click board™ 还具有标记为 EN 的启用引脚,并布线到 mikroBUS™ 插座的 CS 引脚,以优化用于电源开/关目的的功耗。布线到 mikroBUS™ 插座默认 INT 引脚的 FG 引脚向系统提供电机

速度信息,如电机锁定检测。此功能监控电机位置以确定电机是否按预期运行。如果检测到锁定状态,电机驱动将在尝试自动重新启动之前禁用 5 秒。该 Click board™ 可以通过 VIO SEL 跳线选择 3.3V 或 5V 逻辑电压电平,使 3.3V 和 5V 的 MCU 都能正确使用通信线路。此外,通过标记为 VBB SEL 的跳线选择 AMT49400 的电源,以从 4V 到 16V 范围内的外部电源端子或 mikroBUS™ 电源轨提供 5V 为 AMT49400 供电也是可能的。不过,该 Click board™ 配备了一个包含易于使用功能的库和一个可作为进一步开发参考的示例代码。

Brushless 21 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F446RE 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 STM32F446RE MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

131072

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

2207V-2500kV BLDC 电机是一款外转子无刷直流电机,具有2500的 kV 额定值和 M5 轴径。它是替代许多初始由有刷直流电机执行的功能或用于遥控无人机、赛车等应用的理想解决方案。

Brushless 21 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Enable
PC12
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
PWM Signal
PC8
PWM
Motor Speed Detection
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!”

Click board™ 原理图

Brushless 21 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 STM32F446RE 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

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 Brushless 21 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • brushless21_set_duty_cycle - 此功能设置占空比(百分比范围 [0..1])。

  • brushless21_get_motor_speed - 此功能读取电机速度(以 Hz 为单位)。

  • brushless21_switch_direction - 此功能通过切换 DIR 位来改变电机方向。

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 Brushless21 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Brushless 21 click board by driving the 
 * motor at different speeds.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the click default configuration which sets the GPIO 
 * as a default communication and enables the PWM.
 *
 * ## Application Task
 * Controls the motor speed by changing the PWM duty cycle once per second. The duty cycle ranges from 0% to 100%. 
 * When the click board is configured in I2C mode the motor switches the direction at a minimal speed.
 * Also, the chip internal temperature, VBB voltage and the motor speed readings are supported in I2C mode.
 * Each step will be logged on the USB UART where you can track the program flow.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "brushless21.h"

static brushless21_t brushless21;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    brushless21_cfg_t brushless21_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.
    brushless21_cfg_setup( &brushless21_cfg );
    BRUSHLESS21_MAP_MIKROBUS( brushless21_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = brushless21_init( &brushless21, &brushless21_cfg );
    if ( ( PWM_ERROR == init_flag ) || ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( BRUSHLESS21_ERROR == brushless21_default_cfg ( &brushless21 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    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;
    
    if ( BRUSHLESS21_OK == brushless21_set_duty_cycle ( &brushless21, duty ) )
    {
        log_printf( &logger, "\r\n Duty Cycle : %d%%\r\n", ( uint16_t )( duty_cnt * 10 ) );
    }
    
    if ( BRUSHLESS21_DRV_SEL_I2C == brushless21.drv_sel ) 
    {
        int8_t temperature = 0;
        float motor_speed = 0;
        float vbb_voltage = 0;
        if ( BRUSHLESS21_OK == brushless21_get_temperature ( &brushless21, &temperature ) )
        {
            log_printf( &logger, " Temperature: %d C\r\n", ( int16_t ) temperature );
        }
        if ( BRUSHLESS21_OK == brushless21_get_motor_speed ( &brushless21, &motor_speed ) )
        {
            log_printf( &logger, " Motor Speed: %.2f Hz\r\n", motor_speed );
        }
        if ( BRUSHLESS21_OK == brushless21_get_vbb_voltage ( &brushless21, &vbb_voltage ) )
        {
            log_printf( &logger, " VBB Voltage: %.2f V\r\n", vbb_voltage );
        }
        if ( 0 == duty_cnt ) 
        {
            duty_inc = 1;
            if ( BRUSHLESS21_OK == brushless21_switch_direction ( &brushless21 ) )
            {
                log_printf( &logger, " Switch direction\r\n" );
            }
        }
    }
    
    if ( 10 == duty_cnt ) 
    {
        duty_inc = -1;
    }
    else if ( 0 == duty_cnt ) 
    {
        duty_inc = 1;
    }
    duty_cnt += duty_inc;
    Delay_ms( 1000 );
}

void main ( void )  
{
    application_init( );

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

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

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资源

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