初学者
10 分钟

使用DRV8834和STM32F446RE控制两个直流电机或一个双极步进电机的运动

双H桥电流控制电机驱动器

H-Bridge 15 Click with Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

H-Bridge 15 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F446RE

用于管理各种应用中的电机驱动功能的紧凑且适应性强的解决方案。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

H-Bridge 15 Click 基于德州仪器的 DRV8834,这是一款双 H 桥步进或直流电机驱动器。每个 H 桥的输出驱动块由配置为 H 桥的 N 沟道功率 MOSFET 组成,用于驱动电机绕组。每个 H 桥都包含调节或限制绕组电流的电路。有两种一般控制模式:一种是具有简单步进/方向控制和高达 1/32 步微步进的索引逻辑;另一种是相位/使能控制,可以驱动外部参考,实现超过 1/32 步微步进。来自 NXP 的低电压 8 位 I/O 端口 PCA9538 控制电机驱动器输入的逻辑状态。通过将电机驱动器的 CONFIG 输入引脚设置为高电平

状态,可以选择索引模式。否则,可以选择相位/使能模式。请注意,直流电机只能在相位/使能模式下驱动,而步进电机可以在任意模式下驱动。PCA9538 允许您控制两个桥的使能输入、微步模式、步进输入、方向、睡眠模式等。它甚至接收电机驱动器的故障输出信号。两个桥的电压参考由电机驱动器电压参考输出和两个板载电位器(标记为 VREF A 和 VREF B)提供。通过这些电位器,您可以设置两个桥的绕组电流。两个桥的衰减模式可以通过未填充的跳线电阻来设置。H-Bridge 15 Click 使用 PCA9538 的标

准 2 线 I2C 接口,允许主机 MCU 控制电机驱动器输入。如果发生任何故障条件,它还会通过 INT 引脚通知主机 MCU。RST 引脚允许您重置 PCA9538。此 I/O 端口的 I2C 地址可以通过 I2C ADDR 跳线设置。在索引模式下,还有一个 ENA 引脚可以打开或关闭所有输出。此 Click board™ 可以通过 VCC SEL 跳线选择 3.3V 或 5V 逻辑电压级别进行操作。这样,具有 3.3V 和 5V 功能的 MCU 都可以正确使用通信线。另外,此 Click board™ 配有包含易于使用功能和示例代码的库,可用于进一步开发。

H-Bridge 15 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F446RE 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 STM32F446RE MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

131072

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) 代表了电机和齿轮箱的一体化组合,齿轮的添加导致电机速度降低,同时增加了扭矩输出。该齿轮电机具有正齿轮箱,是低扭矩和低速需求应用的高可靠性解决方案。齿轮电机的关键参数是速度、扭矩和效率,在这种情况下,空载速度为 520RPM,最大效率时速度为 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,该电机是机器人、医疗设备、电动门锁等许多最初由有刷直流电机执行的功能的优秀解决方案。

H-Bridge 15 Click accessories image

28BYJ-48 是一款适应性强的 5V 直流步进电机,设计紧凑,适用于各种应用。它具有四个相位,速度变化比为 1/64,步进角度为 5.625°/64 步,允许精确控制。电机在 100Hz 频率下运行,25°C 时的直流电阻为 50Ω ±7%。它的空载牵引频率大于 600Hz,空载脱出频率超过 1000Hz,确保在不同场景中的可靠性。28BYJ-48 具有自定位力矩和牵引力矩,均在 120Hz 下超过 34.3mN.m,提供强大的性能。其摩擦力矩范围为 600 到 1200 gf.cm,拉入力矩为 300 gf.cm。这款电机是您步进电机需求的可靠高效选择。

H-Bridge 15 Click accessories 2 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset / ID SEL
PC12
RST
Enable / 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
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

H-Bridge 15 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 STM32F446RE 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
Board mapper by product8 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

软件支持

库描述

该库包含 H-Bridge 15 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • hbridge15_set_pins - H-Bridge 15 设置引脚功能。

  • hbridge15_set_sleep - H-Bridge 15 设置休眠功能。

  • hbridge15_set_out_state - H-Bridge 15 设置输出功能。

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 H-Bridge 15 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the H-Bridge 15 Click board by
 * driving the motor in both directions with braking and freewheeling. 
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the Click default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * This example is driving a motor in both directions with 
 * motor braking and freewheeling in between.
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "hbridge15.h"

static hbridge15_t hbridge15;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    hbridge15_cfg_t hbridge15_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.
    hbridge15_cfg_setup( &hbridge15_cfg );
    HBRIDGE15_MAP_MIKROBUS( hbridge15_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == hbridge15_init( &hbridge15, &hbridge15_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( HBRIDGE15_ERROR == hbridge15_default_cfg ( &hbridge15 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    log_printf( &logger, " Motor in forward mode. \r\n" );
    hbridge15_set_out_state( &hbridge15, HBRIDGE15_DRIVE_MOTOR_FORWARD );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    
    log_printf( &logger, " Motor brake is on \r\n" );
    hbridge15_set_out_state( &hbridge15, HBRIDGE15_DRIVE_MOTOR_BRAKE );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    
    log_printf( &logger, " Motor in reverse mode. \r\n" );
    hbridge15_set_out_state( &hbridge15, HBRIDGE15_DRIVE_MOTOR_REVERSE );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    
    log_printf( &logger, " Motor is coasting \r\n" );
    hbridge15_set_out_state( &hbridge15, HBRIDGE15_DRIVE_MOTOR_FREEWHEEL );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

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

额外支持

资源

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