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使用 Nucleo 64 with STM32G431RB MCU 和 STM32G431RB 控制任何常见的直流电机

是什么驱动你最近的生活?

DC Motor 12 Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

DC Motor 12 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

终极直流电机驱动解决方案。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

DC Motor 12 Click基于东芝半导体的TB9054FTG,是一款双通道H桥刷式直流电机驱动器。TB9054FTG允许使用两个电机,每个通道的电流额定为5A,或者在并行工作模式下驱动一个10A通道。其额定工作电压范围为4.5V至28V,电机可以通过SPI串行接口或未连接的头部PWM信号直接控制。低导通阻抗的PWM控制使得电机驱动输出非常高效,确保了高竞争性汽车应用的可靠运行。除了SPI通信,还有几个GPIO引脚连接到mikroBUS™插座引脚,用于控制与PCA9538A I2C可配置端口扩展器相关的TB9054FTG,例如睡眠模式引脚和DC电机通道电流监视引脚(SLP和CM),分别路由到mikroBUS™插座的RST和AN引脚上。PCA9538A还允许通过将标记为ADDR SEL的SMD跳线器定位到标记为0和1的适当位置

来选择其I2C从设备地址的最低有效位(LSB),并将其中断功能路由到mikroBUS™插座的INT引脚上。如前所述,这个Click board™支持双或单直流电机配置。板上标有SW1-SW4的对应开关用于选择电机控制和操作模式。前两个代表电机控制选择的开关 - 更准确地说,是通过PWM信号或通过SPI接口进行控制的选择 - 而后两个代表电机操作模式的选择。有四种可能的模式,即Small模式(两个独立通道)、Large模式(两个通道连接并支持一个直流电机)、Half模式和Prohibited模式,其中通道完全禁用。控制和PWM信号也可以通过板上的J1头部外部引出。在这种情况下,PWM1和PWM2引脚指定电机1的正转、反转或制动模式,PWM3和PWM4引脚指定电机2的这些模式。使能EN引脚选择电机的驱动或停止模

式。可以在附带的数据表中找到广泛的控制和模式选择配置选项。这个Click board™还有额外的LED用于异常指示。如果检测到诸如过温或过流/欠压等状态,则由与中断引脚相关联的红色LED标记为DIAG1和DIAG2指示此类异常。DC Motor 12支持TB9054FTG的外部供电,可以连接到标记为VM的输入端子,应在4.5V至28V的范围内,而DC电机线圈可以连接到标记为OUT1至OUT4的端子上。这个Click board™可以通过VCC SEL跳线器选择3.3V或5V逻辑电压电平进行操作。这样,既可以使用3.3V也可以使用5V逻辑电平的MCU都可以正确使用通信线路。然而,该Click board™配备了一个包含易于使用的函数和示例代码的库,可供进一步开发时参考使用。

DC Motor 12 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 - 430转/分钟(3-6V)代表了电机和齿轮箱的完美结合,增加了齿轮可以降低电机速度同时增加扭矩输出。这款齿轮电机具有斜齿轮箱,使其成为对扭矩和速度要求较低的应用非常可靠的解决方案。齿轮电机的关键参数是速度、扭矩和效率,在这种情况下,无负载时为520转/分钟,最大效率时为430转/分钟,电流为60毫安,扭矩为50克·厘米。额定工作电压范围为3-6V,可顺时针/逆时针旋转,这款电机是机器人技术、医疗设备、电动门锁等众多应用中的理想选择。

DC Motor 12 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Channel Current Monitor
PA15
AN
Sleep
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
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!”

原理图

DC Motor 12 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

通过调试模式的应用程序输出

1. 一旦代码示例加载完成,按下 "DEBUG" 按钮将启动构建过程,并将其编程到创建的设置上,然后进入调试模式。

2. 编程完成后,IDE 中将出现一个带有各种操作按钮的标题。点击绿色的 "PLAY" 按钮开始读取通过 Click board™ 获得的结果。获得的结果将在 "Application Output" 标签中显示。

DEBUG_Application_Output

软件支持

库描述

该库包含 DC Motor 12 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • dcmotor12_get_motor_current - DC电机12获取电机电流功能。

  • dcmotor12_set_ch1_operation_mode - DC电机12设置ch1操作模式功能。

  • dcmotor12_set_cm_sel_pin - DC电机12设置cm sel引脚功能。

开源

代码示例

这个示例可以在 NECTO Studio 中找到。欢迎下载代码,或者您也可以复制下面的代码。

/*!
 * @file main.c
 * @brief DC Motor 12 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of DC Motor 12 click board by controlling the speed
 * of DC motor over PWM duty cycle as well as displaying the motor current consumption.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the click default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * Changes the operation mode and motor speed by setting the PWM duty cycle and then calculates
 * the motor current consumption for that speed. All data is being logged on the USB UART
 * where you can track changes.
 *
 * @note
 * The click board swiches should be set as follows: SW 1-2-3-4 : H-H-L-L
 * This sets the click board as a SPI controlled single-channel device so 
 * the motor should be connected to OUT1/2 and OUT3/4.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "dcmotor12.h"

static dcmotor12_t dcmotor12;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    dcmotor12_cfg_t dcmotor12_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.
    dcmotor12_cfg_setup( &dcmotor12_cfg );
    DCMOTOR12_MAP_MIKROBUS( dcmotor12_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( DCMOTOR12_OK != dcmotor12_init( &dcmotor12, &dcmotor12_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( DCMOTOR12_OK != dcmotor12_default_cfg ( &dcmotor12 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    if ( DCMOTOR12_OK == dcmotor12_set_ch1_operation_mode ( &dcmotor12, DCMOTOR12_MODE_OUTPUT_OFF ) )
    {
        log_printf ( &logger, " MODE: OFF\r\n" );
        Delay_ms ( 3000 );
    }
    if ( DCMOTOR12_OK == dcmotor12_set_ch1_operation_mode ( &dcmotor12, DCMOTOR12_MODE_FORWARD ) )
    {
        dcmotor12_set_cm_sel_pin ( &dcmotor12, DCMOTOR12_PIN_LOW_LEVEL );
        for ( uint16_t duty = 0; duty <= DCMOTOR12_CONFIG56_DUTY_PERIOD_MAX; duty += 100 )
        {
            float current;
            log_printf ( &logger, " MODE: FORWARD\r\n" );
            if ( DCMOTOR12_OK == dcmotor12_set_ch1_duty_period ( &dcmotor12, duty ) )
            {
                log_printf ( &logger, " Duty: %u\r\n", duty );
            }
            if ( DCMOTOR12_OK == dcmotor12_get_motor_current ( &dcmotor12, &current ) )
            {
                log_printf ( &logger, " Current: %.3f A\r\n\n", current );
            }
            Delay_ms ( 500 );
        }
    }
    if ( DCMOTOR12_OK == dcmotor12_set_ch1_operation_mode ( &dcmotor12, DCMOTOR12_MODE_BRAKE ) )
    {
        log_printf ( &logger, " MODE: BRAKE\r\n" );
        Delay_ms ( 3000 );
    }
    if ( DCMOTOR12_OK == dcmotor12_set_ch1_operation_mode ( &dcmotor12, DCMOTOR12_MODE_REVERSE ) )
    {
        dcmotor12_set_cm_sel_pin ( &dcmotor12, DCMOTOR12_PIN_HIGH_LEVEL );
        for ( uint16_t duty = 0; duty <= DCMOTOR12_CONFIG56_DUTY_PERIOD_MAX; duty += 100 )
        {
            float current;
            log_printf ( &logger, " MODE: REVERSE\r\n" );
            if ( DCMOTOR12_OK == dcmotor12_set_ch1_duty_period ( &dcmotor12, duty ) )
            {
                log_printf ( &logger, " Duty: %u\r\n", duty );
            }
            if ( DCMOTOR12_OK == dcmotor12_get_motor_current ( &dcmotor12, &current ) )
            {
                log_printf ( &logger, " Current: %.3f A\r\n\n", current );
            }
            Delay_ms ( 500 );
        }
    }
}

void main ( void )
{
    application_init( );

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

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

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