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使用 DRV10866 和 STM32F103RB 尽可能简化 BLDC 电机驱动

释放无限性能

Brushless 24 Click with Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Brushless 24 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F103RB

利用我们的下一代无刷电机控制解决方案,发挥AI驱动的精确控制。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 24 Click基于德州仪器的DRV10866,这是一款完全集成的三相BLDC电机驱动器。DRV10866电机驱动器配备集成的功率MOSFET,具有高达800mA峰值电流驱动能力(基于配置的3.9k电阻),专为连接到标记为U、V、W和COM端子的低噪音节能风扇电机驱动应用而设计。它提供PWM/使能控制接口(mikroBUS™插槽的PWM引脚),宽工作电压范围,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。DRV10866实现了150°

换相(无传感器反电动势控制方案)用于三相电机,以及同步整流模式的操作,从而提高了电机驱动应用的效率。此外,DRV10866具有一个频率发生器引脚(FG),在正常运行条件下输出50%的PWM波形占空比。FG表示电机的速度和相位信息,通过mikroBUS™插槽的中断引脚和标记为FG的蓝色LED指示灯可以检测到。在启动序列期间,FG输出将保持高阻抗,直到电机速度达到一定水平并检测到反电动势,而在锁定保护条件下,FG将保持高电平,直到电机重新启动并完成启动过

程。除了此功能外,DRV10866还可以通过FGS SEL选择跳线输出完整的FG或一半的FG,以开漏输出方式指示电机状态。当FGS SEL处于VCC位置时,FG输出频率是跳线设置为GND位置时的一半。DRV10866具有多个内置保护模块,包括UVLO、过流保护、锁定保护和热关断保护。此Click板™可以通过VCC SEL跳线选择使用3.3V或5V逻辑电压电平。这样,3.3V和5V能力的MCU都可以正确使用通信线。此外,此Click板™配备了包含易于使用的函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Brushless 24 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

带有霍尔传感器的无刷直流(BLDC)电机代表了42BLF电机系列中的高性能电机。该电机采用星形接线配置,具有120°的霍尔效应角,确保精确和可靠的性能。电机长度紧凑,仅47mm,重量仅为0.29kg,设计轻巧,满足您的需求。该电机在24VDC的额定电压下无故障运行,转速范围为4000 ± 10% RPM,提供稳定可靠的动力。它在-20到+50°C的正常工作温度范围内表现出色,保持效率,额定电流为1.9A。此外,该产品可以无缝集成到所有Brushless Click板™以及需要带霍尔传感器的BLDC电机的设备中。

Brushless 24 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
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 Indicator
PC14
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 24 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 24 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • brushless24_set_duty_cycle - Brushless 24设置PWM占空比

  • brushless24_pwm_start - Brushless 24启动PWM模块

  • brushless24_get_int_state - Brushless 24获取INT引脚状态

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 Brushless 24 Click example
 *
 * # Description
 * This application is a schowcase of controlling speed of brushless motor using Brushless 24 Click.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization of LOG, PWM module and additional pins.
 *
 * ## Application Task
 * In a span of second changes duty cycle from 0 to 100% which is changing speed of the motor.
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "brushless24.h"

static brushless24_t brushless24;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    brushless24_cfg_t brushless24_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.
    brushless24_cfg_setup( &brushless24_cfg );
    BRUSHLESS24_MAP_MIKROBUS( brushless24_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( PWM_ERROR == brushless24_init( &brushless24, &brushless24_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( BRUSHLESS24_ERROR == brushless24_default_cfg ( &brushless24 ) )
    {
        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;
    
    brushless24_set_duty_cycle ( &brushless24, duty );
    log_printf( &logger, "> Duty: %d%%\r\n", ( uint16_t )( duty_cnt * 10 ) );
    
    Delay_ms( 1000 );
    
    if ( 10 == duty_cnt ) 
    {
        duty_inc = -1;
    }
    else if ( 0 == duty_cnt ) 
    {
        duty_inc = 1;
    }
    duty_cnt += duty_inc;
}

void main ( void )  
{
    application_init( );

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

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

额外支持

资源

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