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使用IR2104S和STM32L073RZ开发高功率电机控制系统

电机控制的掌握

Driver 2 Click with Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

已发布 6月 24, 2024

点击板

Driver 2 Click

开发板

Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32L073RZ

不要让限制束缚你。通过先进的有刷电机控制掌控你的电机。接受低功耗输入,现在获得高功率输出!

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Driver 2 Click 基于 Infineon Technologies 的 IR2104S,这是一款高压、高速功率 MOSFET 和 IGBT 驱动器,具有典型的 0.21A 源电流和 0.36A 吸电流,并具有独立的高低侧参考输出通道。IR2104S 驱动器是一个功率放大器,接受来自控制器 IC 的低功耗输入,并为高功率晶体管(如功率 MOSFET)的栅极提供高电流驱动输入。本质上,它由电平转换器和放大器组合而成。其应用范围广泛,从高功率密度和效率的 DC-DC 电源到各种电机应用,如家用电器、工业驱动、直流有刷和无刷电机等。该 Click 板™ 具有兼容标准 CMOS 或 LSTTL 输出的逻辑输入,最低可达 3.3V 逻辑,并具有额外的关断功能。输出驱动器具有高脉冲电流

缓冲级,设计用于最小化驱动器交叉导通。它还具有一个精密电压比较器 LM393,具有低至 2.0 mV 的输入失调电压规范,允许单电源操作的共模范围到地平面,来自 STMicroelectronics。结合 INT 引脚,借助该比较器,当 LOAD 端子上的最大电流值被超过时,我们可以获得反馈(过流检测)。Driver 2 Click 使用驱动 IR2104S 输入 IN 引脚的 PWM 信号运行,并与 MCU 通信,通过 mikroBUS™ 插座上的 INT 和 CS 引脚(标记为 FB 和 SD)。该 Click 板™ 具有三个连接器,一个表示外部电源供应,标记为 VIN,范围为 12 至 45V。下一个是固定电压值为 12V 的栅极驱动器电源端子,最后一个标记为

LOAD 的端子是一个可以为负载提供最大电流达 10A 的端子。如前所述,额外功能是两个路由到 mikroBUS™ 插座的 CS 和 INT 引脚的引脚。标记为 SD 的 CS 引脚表示能够关闭 IR2104S 两个通道的关断功能,而另一个标记为 FB 的 INT 引脚表示,如果输出电流超过最大值,则会向 MCU 发出中断信号。该 Click 板™ 只能在 5V 逻辑电压水平下工作。使用不同逻辑电平的 MCU 之前,必须执行适当的逻辑电压电平转换。不过,该 Click 板™ 配备了包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Driver 2 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

DC 齿轮电机 - 430RPM (3-6V) 代表了一种电机和齿轮箱的集成组合,通过增加齿轮,降低电机速度,同时增加扭矩输出。此齿轮电机配有直齿齿轮箱,是低扭矩和低速需求应用的高可靠性解决方案。齿轮电机的最关键参数是速度、扭矩和效率。在此情况下,无负载速度为 520RPM,最大效率时为 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。这款电机是最初用于机器人、医疗设备、电动门锁等众多功能的有刷直流电机的优秀解决方案。

Driver 2 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
Shutdown
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
NC
NC
3.3V
Ground
GND
GND
PWM Signal
PC8
PWM
Feedback
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

Driver 2 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 Driver 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • driver2_set_sd_pin - 设置 SD 引脚

  • driver2_set_pwm_pin - 设置 PWM 引脚

  • driver2_get_fb_pin - 获取 FB 引脚

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 Driver2 Click example
 *
 * # Description
 * This is an example that demonstrates the use of the Driver 2 Click board.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes driver module and sets PWM.
 *
 * ## Application Task
 * Start motor example with change in motor speed using changes in PWM duty cycle.
 *
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "driver2.h"

static driver2_t driver2;
static log_t logger;

void application_init ( void ) {
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    driver2_cfg_t driver2_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.

    driver2_cfg_setup( &driver2_cfg );
    DRIVER2_MAP_MIKROBUS( driver2_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag  = driver2_init( &driver2, &driver2_cfg );
    if ( PWM_ERROR == init_flag ) {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }

    driver2_default_cfg ( &driver2 );

    driver2_set_duty_cycle ( &driver2, 0.0 );
    driver2_pwm_start( &driver2 );

    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;
    
    driver2_set_duty_cycle ( &driver2, duty );
    log_printf( &logger, "> Duty: %d%%\r\n", ( uint16_t )( duty_cnt * 10 ) );
    
    Delay_ms( 500 );
    
    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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