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30 分钟

使用 MCP8063 和 STM32G474RE 释放无刷直流电机的潜力。

用无刷电机同步征服。

Brushless 4 Click with Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

Brushless 4 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G474RE

我们的无刷直流电机(BLDC)解决方案让您实现了前所未有的电机性能,提高了效率和生产力。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 4 Click基于MCP8063,这是一款来自Microchip的3相无刷正弦感应电机驱动器。该IC具有许多功能,使其成为驱动各种小型到中型BLDC电机的完美选择。由于其高度集成,MCP8063需要较少的外部组件。它通过FG引脚提供了转子位置的数字输出,该引脚被路由到mikroBUS™ INT引脚,同时在Click board™本身上也标有FG。通过mikroBUS™的PWM引脚实现了转速控制,该引脚被路由到IC的PWM输入引脚。Brushless 4 click最独特的特性之一是180°正弦驱动,比更常用的120°驱动拓扑提供更多的扭矩和更高的效率。如上所述,PWM信号可用于控制电机速度。占空比控制转子速度,而PWM信号的频率不会影响转速,可以在20Hz至100kHz之间变化。当PWM输入处于高电平时,电机的旋转速度将达到最大。当PWM输入保持在低电平时,电机停止转动。在高电

平和低电平之间切换将导致转子以特定速度转动,这取决于高电平状态的持续时间。PWM引脚被路由到mikroBUS™的同名引脚上,方便MCU提供所需的PWM信号。控制电机速度的另一种方法是通过改变电机电源的电压来实现,该电压通过输入螺钉端子连接,标有VBAT。该电压范围为2V至14V。由于这个端子为MCP8063的输出级和内部逻辑电路(通过内部电压调节器)提供电源,因此必须将电源连接到输入端子。可以使用FG引脚确定电机的旋转速度和相位。该引脚就像霍尔效应传感器输出一样,通过mikroBUS™向主机MCU提供有关电机速度和相位的信息。FC引脚通过板载电阻上拉。当出现锁死或失同步条件时,该引脚被设置为高阻抗模式,并被拉到高电平-由于上拉电阻。当转子被阻塞或失去同步时,内部锁定部分会检测到此条件,并将线圈连接到GND,有

效地以最小的自发热释放转子。超时后,将尝试再次运行转子。如果仍然被阻塞,则检测到另一个锁定事件,并启动另一个超时周期。通过这种方式,转子受到过热的保护。如前所述,MCP8063 IC具有过电流保护功能。最大电流内部限制为1.5A。此限制防止电机线圈过热,并保护输出级晶体管。一项良好的做法是始终保持功耗低于最大指定值,以确保有足够的余量。当IC达到170°C时,热保护会保护IC,并在尝试重新启动之前具有25°C的迟滞,这意味着IC必须冷却到145°C。输出三极螺钉端子用于连接电机相位。它被标记为A、B和C,允许连接不需要超过1.5A(当内部过电流限制被触发时)的三极BLDC电机。Brushless 4 Click仅支持3.3V的MCU,并且不打算通过5V MCU连接或控制,除非使用适当的电平转换电路。

Brushless 4 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G474R 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 STM32G474RE MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G474RE front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

128k

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

搭载霍尔传感器的无刷直流(BLDC)电机代表了42BLF电机系列中的高性能电机。这款电机采用星形配置,霍尔效应角为120°,确保了精准可靠的性能。具有47mm的紧凑电机长度和仅0.29kg的轻量设计,该BLDC电机经过精心设计以满足您的需求。在24VDC的额定电压和4000±10%RPM的速度范围内无缝运行,这款电机提供一致可靠的动力。在-20到+50°C的正常操作温度范围内表现出色,以1.9A的额定电流保持高效率。此外,该产品与所有需要带有霍尔传感器的无刷电机的无刷电机 Click board™ 以及无缝集成。

Brushless 4 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
PWM Speed Control
PC8
PWM
Motor Speed Indicator
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Brushless 4 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 STM32G474RE 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

这个库包含用于 Brushless 4 Click 驱动程序的 API。

关键函数:

  • brushless4_set_duty_cycle - 此函数设置 PWM 占空比

  • brushless4_pwm_start - 此函数启动 PWM 模块

  • brushless4_pwm_pin - 此函数设置 PWM 引脚的状态

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 Brushless 4 Click example
 * 
 * # Description
 * This click has many features for driving a wide range of small to medium BLDC motors.
 * It provides the rotor position digital output, via the FG pin, routed to the mikroBUS INT pin. 
 * 
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes the GPIO driver 
 * and configures the PWM peripheral for controlling the speed of the motor.
 * 
 * ## Application Task  
 * This is an example that demonstrates the use of a Brushless 4 Click board.
 * Brushless 4 Click communicates with the register via the PWM interface.  
 * Increases and decreasing the speed of the motor demonstrate speed control.
 * Results are being sent to the Usart Terminal where you can track their changes.
 * 
 * 
 * @author Nikola Peric
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "brushless4.h"

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

static brushless4_t brushless4;
static log_t logger;

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    brushless4_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.

    brushless4_cfg_setup( &cfg );
    BRUSHLESS4_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    brushless4_init( &brushless4, &cfg );
    
    brushless4_set_duty_cycle ( &brushless4, 0.0 );
    brushless4_pwm_start( &brushless4 );  
      
    log_info( &logger, "---- Application Task ----" );
    Delay_ms ( 1000 );
}

void application_task ( void )
{
    static int8_t duty_cnt = 1;
    static int8_t duty_inc = 1;
    float duty = duty_cnt / 10.0;

    brushless4_set_duty_cycle ( &brushless4, duty );
    log_printf( &logger, "Duty: %d%%\r\n", ( uint16_t )( duty_cnt * 10 ) );
    Delay_ms ( 500 );

    if ( 10 == duty_cnt ) 
    {
        duty_inc = -1;
        log_printf( &logger, " Slowing down... \r\n" );
    }
    else if ( 0 == duty_cnt ) 
    {
        duty_inc = 1;
        log_printf( &logger, " Increasing the motor speed... \r\n" );
    }
    duty_cnt += duty_inc;
}

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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