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使用MIC4605和STM32G474RE释放您的电机全部潜力

最佳PWM电机控制!

DC Motor 8 Click with Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

DC Motor 8 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G474RE

使用我们的PWM电机控制解决方案,您可以轻松调节直流电机的速度和方向,实现平稳高效的运行。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

DC Motor 8 Click基于Microchip的MIC4605,是一款85V半桥MOSFET驱动器,具有自适应死区和防激射保护。该IC利用其PWM引脚上的输入来调节输出MOSFET的开关状态。它的85V容忍度提供了很大的余量,以抵御由电机旋转产生的反冲电压。在实践中,应将电机使用的电源的两倍视为安全余量。该IC具有足够的容量来容纳其输入的最大允许电压,即40V。DC Motor 8采用半桥拓扑结构,这意味着它只能以一个方向运行连接的电机。然而,连接的电机的极性可以翻转,这将改变电机的旋转方向。连接的输入电压不能反向,并且必须按照PCB上标记的方式连接。尽管最大输入电压评级为40V,但最好永远不要向电机提供最大允许电压,因为这可能会导致MOSFET和其他组件过热,具体取决于所使用的电机和所受到的机械负载。设备永远不应被推动到最大允许的额定值。当PWM输入处于高逻辑状态时,驱动高侧功率MOSFET的HO输出引脚是

活动的,电路通过高侧功率MOSFET、电机线圈和地关闭。当PWM输入信号变为低时,它会迫使HO输出在约35ns内变为低电平。HS引脚监控驱动器状态-当HS电压降至2.2V以下时,高侧MOSFET关闭,经过短暂延迟(约35ns的上升时间)后,LO输出被激活。HS电压进一步下降会导致一个锁存器,只能通过PWM信号高逻辑电平来复位。如果HS电平未能降至2.2V以下,则内部250ns延迟被激活,随后HS引脚锁存。这样可以防止HS ringing导致LO输出处于不确定状态。当PWM信号再次变为高时,它将迫使LO输出在另外35ns内变为低电平,之后HO引脚可以开始再次进入高电平。这种机制确保永远不会发生激射。激射发生在两个MOSFET都处于活动状态时,电流从电源通过它们到地,引起耗散、振铃,甚至在某些情况下造成损坏。除了被路由到mikroBUS™的PWM引脚之外,用于启用设备的EN引脚也被路由到mikroBUS™的CS引脚。

逻辑高将使设备以正常模式工作,而低逻辑电平将使设备进入节能模式。该引脚由板载电阻拉高。为了正确操作,VIN电源端子必须与驱动电路完全隔离的40V电源连接。然而,为了正确运行,驱动器必须提供足够的电压来激活MOSFET。为此,DC Motor 8 click采用了Microchip的2MHz升压稳压器MIC2606制成的升压转换器。升压转换器电路提供12V,从mikroBUS™的5V输出,这允许理想的MOSFET开关条件,保持MOSFET(RDSON)的电阻在最佳水平。VOUT端子用于连接负载。带有两个连接点并且最高可达40V的小型至中等功率的直流电机可以与此click board™一起使用。VIN端子上的电压用于开启电机,而click本身则由mikroBUS™电压轨供电。为了正确运行,mikroBUS™上必须存在3.3V和5V电压。

DC Motor 8 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

DC Gear Motor - 430RPM (3-6V) 是电机和齿轮箱的一体化组合,通过添加齿轮可以降低电机速度同时增加扭矩输出。这款齿轮电机采用斜齿轮箱,是低扭矩和速度要求应用的高度可靠解决方案。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,在最大效率时为430RPM,电流为60mA,扭矩为50g.cm。额定工作电压范围为3-6V,支持顺时针和逆时针旋转方向,是机器人技术、医疗设备、电动门锁等许多应用中替代传统刷式直流电机的理想选择。

DC Motor 8 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
Enable
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
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 8 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
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 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

这个库包含了 DC Motor 8 Click 驱动器的 API。

关键函数:

  • dcmotor8_set_duty_cycle - 设置 PWM 占空比

  • dcmotor8_pwm_start - 启动 PWM 模块

  • dcmotor8_pwm_stop - 停止 PWM 模块

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 DcMotor8 Click example
 * 
 * # Description
 * This Click can drive simple DC motors with brushes, providing them with a significant amount 
 * of current and voltage up to 40V. The Click has one control input, that uses the PWM signal 
 * from the host MCU. It uses the half-bridge topology to regulate the speed of the motor 
 * rotation, employs advanced dead-time circuitry that monitors the output stage, providing 
 * maximum switching efficiency and features an advanced technique to avoid shoot-through 
 * currents.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes the driver and enables the Click board.
 * 
 * ## Application Task  
 * This is an example that demonstrates the use of DC Motor 8 Click
 * board by increasing and decreasing the motor speed.
 * DC Motor 8 Click communicates with the register via the PWM interface.
 * 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 "dcmotor8.h"

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

static dcmotor8_t dcmotor8;
static log_t logger;

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    dcmotor8_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.

    dcmotor8_cfg_setup( &cfg );
    DCMOTOR8_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    dcmotor8_init( &dcmotor8, &cfg );

    dcmotor8_set_duty_cycle ( &dcmotor8, 0.0 );
    dcmotor8_enable ( &dcmotor8, DCMOTOR8_ENABLE );
    dcmotor8_pwm_start( &dcmotor8 );
    log_info( &logger, "---- Application Task ----" );
    Delay_ms ( 500 );
}

void application_task ( void )
{
    static int8_t duty_cnt = 1;
    static int8_t duty_inc = 1;
    float duty = duty_cnt / 10.0;
    
    dcmotor8_set_duty_cycle ( &dcmotor8, 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;
}

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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