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使用L9958和STM32G431RB实现无与伦比的电机性能

同步和精细控制

DC Motor 24 Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

DC Motor 24 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

体验我们先进的直流有刷电机驱动器,集强大性能与可靠性于一体,让您的创作前所未有地强大。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

DC Motor 24 Click基于STMicroelectronics的L9958,是用于直流和步进电机的全集成电机驱动器,适用于安全关键应用和极端环境条件。此Click板™提供驱动直流或步进电机所需的所有输入和输出功能(OUT端子),以及监控诊断功能。L9958的工作电压范围为4V至28V(VIN端子),具有直接PWM电机控制功能。通过简单的方向控制(DIR引脚路由到mikroBUS™插槽的AN引脚)实现的PWM控制,允许MCU管理直流电机的方向

(顺时针或逆时针)。这种组合实现了高效的电机驱动输出,确保了在竞争激烈的汽车应用中的可靠操作。该Click板™通过4线SPI兼容接口与MCU通信,最大频率为5MHz,用于配置L9958。SPI接口可以设置电流调节阈值,从2.5A到8.6A,通常分为四个步骤(默认值为6.6A)。L9958还通过SPI接口提供每个通道的详细故障诊断。H桥受温度和短路保护,并具有欠压/过压锁定功能,适用于所有电源电压。所有故障都会导致输出阶段进入三态。

通过板载开关标记为DI的逻辑状态组合和路由到mikroBUS™插槽EN引脚的使能引脚,可以关闭(设置为三态)输出。内部H桥还包含集成的续流二极管。在续流条件下,低侧晶体管与其二极管并联开启以减少功耗。该Click板™可以通过VCC SEL跳线选择3.3V或5V逻辑电压电平,从而使3.3V和5V的MCU都能正确使用通信线路。该Click板™配备了一个包含易于使用的函数和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

DC Motor 24 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G431RB 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 STM32G431RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G431RB front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32k

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)是一款集电机和齿轮箱于一体的组合,齿轮的添加可以降低电机速度,同时增加扭矩输出。该齿轮电机具有正齿轮箱,是满足低扭矩和速度要求应用的高度可靠解决方案。齿轮电机的关键参数是速度、扭矩和效率,本产品的参数为无负载速度520RPM,最高效率时速度430RPM,电流60mA,扭矩50g.cm。额定工作电压范围为3-6V,支持顺时针和逆时针旋转方向。这款电机是许多功能的出色解决方案,最初由有刷直流电机在机器人、医疗设备、电动门锁等领域执行。

DC Motor 24 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Rotation Direction
PA15
AN
Bridge Enable
PC12
RST
SPI Chip Select
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
PWM Signal
PC8
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 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 STM32G431RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32GXXX MCU Access MB 1 Micro 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 Compiler Selection Step Image 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 24 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • dcmotor24_read_diag - 此功能通过SPI串行接口读取诊断字

  • dcmotor24_switch_direction - 此功能通过切换DIR引脚状态来改变方向

  • dcmotor24_set_duty_cycle - 此功能设置PWM占空比,以百分比表示(范围[0..1])

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 DC Motor 24 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the DC Motor 24 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
 * Controls the motor speed by changing the PWM duty cycle every 500ms.
 * The duty cycle ranges from 0% to 100%. At the minimal speed, the motor switches direction.
 * It also reads and parses the diagnostics word register. Each step will be logged on
 * the USB UART where you can track the program flow.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "dcmotor24.h"

static dcmotor24_t dcmotor24;
static log_t logger;

/**
 * @brief DC Motor 24 display diag function.
 * @details This function parses and displays a diagnostics word on the USB UART.
 * @param[in] diag : Diagnostics word to parse and display.
 * @return None.
 * @note None.
 */
static void dcmotor24_display_diag ( uint16_t diag );

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    dcmotor24_cfg_t dcmotor24_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.
    dcmotor24_cfg_setup( &dcmotor24_cfg );
    DCMOTOR24_MAP_MIKROBUS( dcmotor24_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == dcmotor24_init( &dcmotor24, &dcmotor24_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( DCMOTOR24_ERROR == dcmotor24_default_cfg ( &dcmotor24 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    static int8_t duty_pct = 10;
    static int8_t duty_step = 10;
    uint16_t diag;
    if ( DCMOTOR24_OK == dcmotor24_set_duty_cycle ( &dcmotor24, ( float ) duty_pct / 100 ) )
    {
        log_printf( &logger, "\r\n Duty: %u%%\r\n", ( uint16_t ) duty_pct );
    }
    if ( DCMOTOR24_OK == dcmotor24_read_diag ( &dcmotor24, &diag ) )
    {
        dcmotor24_display_diag ( diag );
    }
    Delay_ms( 500 );
    if ( ( 100 == duty_pct ) || ( 0 == duty_pct ) ) 
    {
        duty_step = -duty_step;
        if ( 0 == duty_pct )
        {
            log_printf( &logger, "\r\n Switch direction\r\n" );
            dcmotor24_switch_direction ( &dcmotor24 );
            Delay_ms ( 500 );
        }
    }
    duty_pct += duty_step;
}

void main ( void )
{
    application_init( );

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

static void dcmotor24_display_diag ( uint16_t diag )
{
    log_printf( &logger, " --- Diagnostics ---\r\n" );
    if ( diag & DCMOTOR24_DIA_OL_OFF )
    {
        log_printf( &logger, " * Open Load in OFF condition\r\n" );
    }
    if ( diag & DCMOTOR24_DIA_OL_ON )
    {
        log_printf( &logger, " * Open Load in ON condition\r\n" );
    }
    if ( diag & DCMOTOR24_DIA_VS_UV )
    {
        log_printf( &logger, " * Vs undervoltage\r\n" );
    }
    if ( diag & DCMOTOR24_DIA_VDD_OV )
    {
        log_printf( &logger, " * Vdd overvoltage\r\n" );
    }
    if ( diag & DCMOTOR24_DIA_ILIM )
    {
        log_printf( &logger, " * Current Limitation reached\r\n" );
    }
    if ( diag & DCMOTOR24_DIA_TWARN )
    {
        log_printf( &logger, " * Temperature warning\r\n" );
    }
    if ( diag & DCMOTOR24_DIA_TSD )
    {
        log_printf( &logger, " * Over-temperature Shutdown\r\n" );
    }
    if ( diag & DCMOTOR24_DIA_ACT )
    {
        log_printf( &logger, " * Bridge enable\r\n" );
    }
    if ( diag & DCMOTOR24_DIA_OC_LS1 )
    {
        log_printf( &logger, " * Over-Current on Low Side 1\r\n" );
    }
    if ( diag & DCMOTOR24_DIA_OC_LS2 )
    {
        log_printf( &logger, " * Over-Current on Low Side 2\r\n" );
    }
    if ( diag & DCMOTOR24_DIA_OC_HS1 )
    {
        log_printf( &logger, " * Over-Current on High Side 1\r\n" );
    }
    if ( diag & DCMOTOR24_DIA_OC_HS2 )
    {
        log_printf( &logger, " * Over-Current on High Side 2\r\n" );
    }
    if ( diag & DCMOTOR24_DIA_SGND_OFF )
    {
        log_printf( &logger, " * Short to GND in OFF condition\r\n" );
    }
    if ( diag & DCMOTOR24_DIA_SBAT_OFF )
    {
        log_printf( &logger, " * Short to Battery in OFF condition\r\n" );
    }
}

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

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