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使用TB67H450AFNG和STM32L073RZ革新您的直流电机控制

轻松控制强力电机

DC Motor 14 Click with Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

已发布 6月 24, 2024

点击板

DC Motor 14 Click

开发板

Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32L073RZ

体验无刷电机控制的多功能性,提供四种动态操作模式:前进、后退、短刹车和完全停止!

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

DC MOTOR 14 Click基于Toshiba Semiconductor的TB67H450AFNG,这是一款PWM斩波型有刷直流电机驱动器。这款IC使用专有的BiCD制造工艺,使其能够通过宽范围的电源电压供电,从4.5V到44V。由于MOSFET的非常低的导通电阻,它可以向连接的负载提供高达3.5A的电流。然而,许多外部参数会影响最大电压和电流规格,尤其是当连接的负载复杂时,例如直流电机。在使用TB67H450AFNG时,应将电压施加到VM和VREF引脚。VM电源电压的绝对最大额定值为50V(非活动状态),使用范围为4.5V至44V。VREF电源电压的绝对最大额定值为5V,使用范围为0V至4V。由于TB67H450AFNG集成了欠压锁定(UVLO),因此不需要输入电源和关机特性时的特殊程序。然而,在输入电源(VM)和关机(瞬态区域)不稳定状态下,建议将电机操作设置为OFF。在电源稳定后,应通过切换输入信号来操作电机。电机输出电流的绝对最大额定值为3.5A,其工作范围为3A或更低。实际使用的最大电流取决于使用条件(环境温度、板的布

线图案、散热路径和激励设计)。在操作环境下计算热量并评估板后,配置最合适的电流值。当在VM电压未供电的条件下输入逻辑信号时,不会产生由输入信号产生的电动势。可以通过向IN1和IN2引脚输入PWM信号并使用PWM控制操作它们来控制电机的速度。当IN1和IN2引脚都设置为低电平1毫秒(典型值)或更长时间时,操作模式进入待机模式。当IN1或IN2设置为高电平时,模式从待机模式返回并进入操作模式。当恒定电流功能被禁用时,RS引脚应连接到GND,且应在VREF引脚施加1至5V电压。从待机释放到返回时间最多需要30微秒。从待机释放后30微秒(最大值),OUT1和OUT2输出开始工作。在此产品中,电流检测电阻在RS和GND之间设置恒定电流阈值和VREF输入电压。当恒定电流功能被禁用时,RS引脚应连接到GND,且应在VREF引脚施加1至5V电压。在正转和反转的情况下,当输出电流达到阈值时,恒定电流控制在混合衰减模式下执行。在恒定电流控制的情况下,关断时间(toff)固定为25微秒(典型值)以确定电流脉冲的脉宽

(电流脉动流)。混合衰减模式的百分比如下;快速模式:50%到慢速模式:50%。如果在快速模式下检测到零输出电流,输出为高阻抗。当IC的结温达到指定值时,内部检测电路(TSD)操作以关闭输出模块。它有一个死区时间,以防止由于切换等引起的IC误操作。由于温度具有滞后范围,当结温降到返回温度时,操作自动恢复到正常操作。TSD在设备过热时触发。确保不要积极使用TSD功能。当IC检测到过电流时,内部电路关闭输出模块。它有一个死区时间,以避免由外部噪声触发的ISD误检测。当施加到VM引脚的电压降至3.8V(典型值)或更低时,欠压检测电路工作。所有输出功率晶体管关闭。当施加到VM引脚的电压上升至4.0V(典型值)或更高时,UVLO操作解除。尽管TB67H450AFNG IC需要外部电源单元,但该Click板™只能与5V MCU一起使用。安装在Click上的电流检测电阻(R2)为0.51欧姆,设定范围为0至1.5A。如果需要1.5至3A的范围,可以将其替换为0.22欧姆电阻。

DC Motor 14 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

直流齿轮电机 - 430RPM (3-6V) 是电机和齿轮箱的全合一组合,其中齿轮的添加导致电机速度的降低,同时增加了扭矩输出。该齿轮电机具有直齿齿轮箱,使其成为低扭矩和速度要求应用的高可靠解决方案。齿轮电机的最关键参数是速度、扭矩和效率,在这种情况下,无负载时为520RPM,最高效率时为430RPM,电流为60mA,扭矩为50g.cm。额定工作电压范围为3-6V,支持顺时针/逆时针旋转方向,这种电机是机器人、医疗设备、电动门锁等许多功能中最初由有刷直流电机执行的理想解决方案。

DC Motor 14 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Control Signal 1
PC0
AN
Control Signal 2
PC12
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
NC
NC
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
NC
NC
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

DC Motor 14 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 DC MOTOR 14 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • dcmotor14_forward - 此功能用于驱动电机前进。

  • dcmotor14_reverse - 此功能用于驱动电机后退。

  • dcmotor14_brake - 此功能用于刹车电机。

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 
 * \brief DC MOTOR 14 Click example
 * 
 * # Description
 * This example demonstrates the use of DC Motor 14 click board. 
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes the driver and makes an initial log.
 * 
 * ## Application Task  
 * Drives the motor in the forward direction for 5 seconds, then pulls brake for 2 seconds, 
 * and after that drives it in the reverse direction for 5 seconds, and finally, 
 * disconnects the motor for 2 seconds. Each step will be logged on the USB UART where
 * you can track the program flow.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "dcmotor14.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static dcmotor14_t dcmotor14;
static log_t logger;

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    dcmotor14_cfg_t cfg;

    /** 
     * 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.

    dcmotor14_cfg_setup( &cfg );
    DCMOTOR14_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    dcmotor14_init( &dcmotor14, &cfg );
}

void application_task ( void )
{
    log_printf( &logger, "The motor turns forward! \r\n" );
    dcmotor14_forward( &dcmotor14 );
    Delay_ms( 5000 );
    log_printf( &logger, "Pull brake! \r\n" );
    dcmotor14_brake( &dcmotor14 );
    Delay_ms( 2000 );
    log_printf( &logger, "The motor turns in reverse! \r\n" );
    dcmotor14_reverse( &dcmotor14 );
    Delay_ms( 5000 );
    log_printf( &logger, "The motor is disconnected (High-Z)!  \r\n" );
    dcmotor14_stop( &dcmotor14 );
    Delay_ms( 2000 );
}

void main ( void )
{
    application_init( );

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

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

额外支持

资源

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