初学者
10 分钟

使用TMC6300和STM32L073RZ精确控制无刷电机

BLDC/PMSM电机的电源驱动器

Brushless 27 Click with Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

已发布 6月 27, 2024

点击板

Brushless 27 Click

开发板

Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32L073RZ

通过精确控制电力流动来优化BLDC电机的性能。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 27 Click基于来自Analog Devices的用于BLDC/PMSM电机的功率驱动器TMC6300。它集成了充电泵和超低待机电流,确保最佳效率和最长的电池寿命。这个三相驱动器提供了三个半桥,每个半桥都有独立的使能信号用于低侧和高侧。它针对BLDC电机控制进行了优化,以及其他磁性执行器的控制。每个半桥的每个MOSFET都可以单独开启和关闭。内部的断开前导(BBM)逻辑确保不会发生交叉导通。驱动器使用来自NXP的低电压8位I/O端口

PCA9538的6线控制来操作具有块或正弦换向的BLDC电机。驱动器的脚点通过感应电阻连接到来自德州仪器的低电压轨到轨输出运算放大器LMV321。这个OP-AMP允许通过电流测量电机来控制或限制电机的转矩。您可以更改此感应电阻(R9)以根据Brushless 27 Click底部的表设置其他最大电机电流值。可以通过INPUT螺钉端子连接范围为2-11V的外部电源。Brushless 27 Click使用PCA9538的标准2线I2C接口与主机MCU通信,支持最高400kHz的时

钟频率。I2C地址可以通过ADDR SEL跳线进行选择。可以通过RST引脚重置I/O prot,而主机MCU可以通过SEN引脚测量电流。诊断输出通过INT引脚发出任何过流或过温条件的信号。此Click板™可以通过VCC SEL跳线选择3.3V或5V逻辑电压电平。这样,既能使用3.3V又能使用5V的MCU都可以正确使用通信线路。此外,此Click板™配备了一个包含易于使用的函数和示例代码的库,可用于进一步开发。

Brushless 27 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64搭载STM32L073RZ MCU提供了一个经济实惠且灵活的平台,供开发人员探索新的想法并原型化其设计。该板利用了STM32微控制器的多功能性,使用户能够为其项目选择性能和功耗之间的最佳平衡。它采用LQFP64封装的STM32微控制器,并包括一些必要的组件,例如用户LED,可以同时作为ARDUINO®信号使用,以及用户和复位按钮,以及用于精准定时操作的32.768kHz晶体振荡器。设计时考虑了扩展性和灵活性,Nucleo-64板具有ARDUINO® 

Uno V3扩展连接器和ST morpho扩展引脚标头,为全面项目集成提供了对STM32 I/O的完全访问权限。电源选项具有适应性,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。该板还配备了一个内置的ST-LINK调试器/编程器,具有USB重新枚举功能,简化了编程和调试过程。此外,该板还设计了外部SMPS,以实现有效的Vcore逻辑供电,支持USB设备全速或USB SNK/UFP全速,以及内置的加密功能,增强了项目的功耗效率和安全性。通过专用

连接器提供了额外的连接性,用于外部SMPS实验、ST-LINK的USB连接器和MIPI®调试连接器,扩展了硬件接口和实验的可能性。开发人员将通过STM32Cube MCU软件包中全面的免费软件库和示例得到广泛的支持。这与与各种集成开发环境(IDE)的兼容性相结合,包括IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM和STM32CubeIDE,确保了平稳高效的开发体验,使用户能够充分发挥Nucleo-64板在其项目中的功能。

Nucleo 64 with STM32L073RZ MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

192

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

无刷直流(BLDC)电机带霍尔传感器是42BLF电机系列的高性能电机。这款电机采用星形配置接线,霍尔效应角度为120°,确保精确可靠的性能。电机长度紧凑,仅为47mm,设计轻量化,重量仅为0.29kg,旨在满足您的需求。在额定电压为24VDC、速度范围为4000 ± 10% RPM的情况下,该电机可以无缝运行,提供持续可靠的动力。在-20至+50°C的正常操作温度范围内表现出色,额定电流为1.9A,保持高效。此外,该产品与所有Brushless Click板™和需要带霍尔传感器的BLDC电机的板无缝集成。

Brushless 27 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Current Sense Output
PC0
AN
Reset
PC12
RST
ID COMM
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
round
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Brushless 27 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 STM32L073RZ 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 27 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • brushless27_set_pins - 设置 Brushless 27 的引脚功能。

  • brushless27_set_trap_com_state - 设置 Brushless 27 的梯形通信状态。

  • brushless27_drive_motor - 驱动 Brushless 27 的电机功能。

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 27 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Brushless 27 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 approximately every 2 seconds.
 * The driving direction and speed will be displayed on the USB UART.
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "brushless27.h"

static brushless27_t brushless27;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    brushless27_cfg_t brushless27_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.
    brushless27_cfg_setup( &brushless27_cfg );
    BRUSHLESS27_MAP_MIKROBUS( brushless27_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == brushless27_init( &brushless27, &brushless27_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( BRUSHLESS27_ERROR == brushless27_default_cfg ( &brushless27 ) )
    {
        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 = BRUSHLESS27_SPEED_MIN; speed <= BRUSHLESS27_SPEED_MAX; speed += 20 )
    {
        log_printf ( &logger, " Speed gain: %u\r\n", ( uint16_t ) speed );
        if ( BRUSHLESS27_OK != brushless27_drive_motor ( &brushless27, BRUSHLESS27_DIR_CW, speed, 2000 ) )
        {
            log_error ( &logger, " Drive motor " );
        }
    }
    Delay_ms ( 1000 );
    
    log_printf ( &logger, "\r\n Driving motor counter-clockwise \r\n" );
    for ( uint8_t speed = BRUSHLESS27_SPEED_MIN; speed <= BRUSHLESS27_SPEED_MAX; speed += 20 )
    {
        log_printf ( &logger, " Speed gain: %u\r\n", ( uint16_t ) speed );
        if ( BRUSHLESS27_OK != brushless27_drive_motor ( &brushless27, BRUSHLESS27_DIR_CCW, speed, 2000 ) )
        {
            log_error ( &logger, " Drive motor " );
        }
    }
    Delay_ms ( 1000 );
}

int main ( void ) 
{
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

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

额外支持

资源

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