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使用MTD6508和STM32F103RB发现无刷电机控制的魔力

驾驭速度,驯服力量

Brushless 22 Click with Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Brushless 22 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F103RB

用最先进的无刷电机控制升级您的工业应用。立即行动,保持领先地位。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 22 Click基于MTD6508,这是一款来自Microchip Technology的无刷直流电机三相全波无传感器驱动器。它具有180°正弦驱动、高扭矩输出和静音驱动。CMOS晶体管和同步整流驱动类型实现了高效和低功耗。MTD6508具有自适应特性和参数,适用于广泛的电机特性,使得此Click板™在需要低声学噪音和低机械振动且高效的风扇应用中极具成本效益。该设备提供启动输出转换速率和PWM占空比控制,使设计人员能够平衡声学性能和可靠性。电机的旋转速度通过mikroBUS™的PWM信号控制。当PWM信号为高时,电机全速旋转;当PWM信号为低时,MTD6508的输出设置为高阻抗状态,电机停止。正弦启动开环相电流幅度通过SS引脚控制,该引脚路由到mikroBUS™插座的CS引脚,根据其逻辑状态,选择是由PWM输入占空比定义还是固定为

100%。输出PWM转换速率可以在启动期间通过R4电阻调整,在默认配置中未填充以减少电机振动。在默认配置中,输出PWM转换速率可以通过Microchip Technology的数字电位器设置,该电位器通过I2C串行通信与MCU通信。MCP4661还允许通过将标记为ADDR SEL的SMD跳线定位到标记为0和1的适当位置来选择其I2C从地址的最低有效位(LSB)。一旦启动开环完成,MTD6508将自动切换到固定转换速率。当选择MCP4661而不是R4设置输出PWM转换速率时,需要去掉R4电阻,并保留R5和R8。在默认配置中,用户还可以通过R9电阻(默认配置中已填充)或R6和R7电压分压器设置电机的机电耦合系数(也称为“电机常数”或“BEMF常数”)。MTD6508将BEMF系数定义为相间BEMF电压的峰值,归一化到电机的电气速度。选择MCP4661而不是电压分压器

设置BEMF常数时,去掉R9电阻,并保留R6和R7。除了I2C通信外,还有几个GPIO引脚连接到mikroBUS™插座引脚,用于将信息传递给MCU。DIR引脚路由到mikroBUS™插座的RST引脚,用于选择电机旋转方向(顺时针/逆时针)。RT引脚路由到mikroBUS™插座的AN引脚,调整相位调节参数,以允许在轻载3相BLDC电机应用中获得更大的稳定性,而路由到INT引脚的FG引脚用作旋转速度指示器,提供电机速度和相位的信息。R12已填充时,转子每分钟转速(RPM)需乘以三,因为FG信号频率将被除以三。此Click板™可以通过VCC SEL跳线选择使用3.3V或5V逻辑电压水平。这种方式下,3.3V和5V能力的MCU都可以正确使用通信线。此Click板™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 22 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F103RB 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 STM32F103RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M3

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

20480

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 Motor是一款外转子无刷直流电机,具有2500的kV值和M5轴径。它是替代许多最初由有刷直流电机执行的功能的出色解决方案,适用于RC无人机、赛车等众多应用。

Brushless 22 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Phase Regulation
PC0
AN
Forward/Reverse Direction
PC12
RST
Start-Up Strength
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
PWM Signal
PC8
PWM
Rotation Speed Indicator
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 22 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 STM32F103RB 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 22 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • brushless22_set_slew_rate_resistance - 此功能通过配置板载数字电位器来设置转换速率电阻。

  • brushless22_set_duty_cycle - 此功能设置PWM占空比,以百分比表示(范围[ 0..1 ])。

  • brushless22_switch_direction - 此功能通过切换DIR引脚状态来切换方向。

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 Brushless22 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Brushless 22 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 every 500ms.
 * The duty cycle ranges from 0% to 100%. At the minimal speed, the motor switches direction.
 * 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 "brushless22.h"


static brushless22_t brushless22;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    brushless22_cfg_t brushless22_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.
    brushless22_cfg_setup( &brushless22_cfg );
    BRUSHLESS22_MAP_MIKROBUS( brushless22_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( PWM_ERROR == brushless22_init( &brushless22, &brushless22_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( BRUSHLESS22_ERROR == brushless22_default_cfg ( &brushless22 ) )
    {
        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;
    
    brushless22_set_duty_cycle ( &brushless22, duty );
    log_printf( &logger, "> Duty: %d%%\r\n", ( uint16_t )( duty_cnt * 10 ) );
    
    if ( 10 == duty_cnt ) 
    {
        duty_inc = -1;
    }
    else if ( 0 == duty_cnt ) 
    {
        duty_inc = 1;
        log_printf( &logger, " Switch direction\r\n\n" );
        brushless22_switch_direction ( &brushless22 );
    }
    duty_cnt += duty_inc;

    Delay_ms( 500 );
}

void main ( void )  
{
    application_init( );

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

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

额外支持

资源

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