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使用 STSPIN250 和 STM32G431RB 实现电机控制的多功能性

释放有刷直流电机控制的力量!

STSPIN250 Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

STSPIN250 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

体验我们有刷直流电机驱动器带来的增强电机性能,优化效率,减少磨损,延长电机的使用寿命。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

STSPIN250 Click基于STMicroelectronics的低压有刷直流电机驱动器STSPIN250。该设备集成了两个并联配置的全桥MOSFET通道,能够承载高达2.6A的电流。该IC针对电池供电应用进行了优化,降低了功耗。它具有固定OFF时间的PWM电流控制器,在此期间执行电流衰减序列。这有效地限制了通过连接负载(电机)的电流。此Click板™上的OFF(衰减)时间约为40µs。PWM电流控制器比较检测电阻(VSENS)上的电压和VREF电压,后者可以在STSPIN250 Click上调节。当VSENS超过VREF电压时,会触发电流限制,并且OFF定时器开始计时。执行衰减序列。知道RSENS后,可以很容易地计算出应该向STSPIN250的REF引脚施加多少电压,以根据ILOAD限制电流。例如,如果在VREF引脚上施加0.388V,则电流限制将达到最大

值2.58A。板载电位器允许您根据需要简单地调节VREF电压。连接的电机可以通过使用以下引脚进行控制:PWM、PH、RST和EN/INT。PH引脚决定电流的方向。如果设置为高逻辑电平,电流将朝一个方向流动,反之亦然:当施加低逻辑电平时,电流将反向流动。该引脚路由到mikroBUS™的AN引脚,标记为PH。PWM引脚可用于调节旋转速度。当该引脚处于低逻辑电平时,电流将开始通过低侧(LS)MOSFET和电机线圈循环。当该引脚上有高逻辑电平时,电流将根据PH引脚的逻辑状态流过负载。更高的占空比百分比将导致更高的角速度。当执行电流衰减序列时,输入引脚上的逻辑状态将在衰减计时器过期前被忽略。此Click板™上的衰减时间固定为约40µs。STSPIN250的STBY/RESET(RST)引脚用于将两个桥输出设置为高阻模式,断开

电源与输出级的连接。此引脚允许较低的平均功耗,因为无法从电源到电机流动电流。此引脚路由到mikroBUS™的RST引脚。EN/FAULT(EN)引脚具有双重功能:当设置为高逻辑电平时,它作为芯片使能,允许设备运行。如果IC出现故障条件,它将被断言为低逻辑电平,作为中断引脚。在外部电容器和电阻值定义的超时时间后,将进行重新启动尝试。此引脚路由到mikroBUS™的CS和INT引脚,允许主机MCU使用这两个功能。这些引脚在Click板™上分别标记为EN和FLT。电机电源可以连接到标记为VIN的输入端子,电压范围应在1.8V至10V之间。电机可以连接在第二个端子上,在标记为A+和A-的两个极之间。Click板™需要外部电源供电以使电机工作。此外,它还需要来自mikroBUS™轨的3.3V电压。

STSPIN250 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)代表了电机和齿轮箱的全方位组合,齿轮的加入使电机速度降低,同时增加了扭矩输出。该齿轮电机具有直齿轮箱,是低扭矩和低速度需求应用的高可靠性解决方案。齿轮电机的最关键参数是速度、扭矩和效率,在这种情况下,空载时速度为520RPM,在最大效率下为430RPM,电流为60mA,扭矩为50g.cm。其额定工作电压范围为3-6V,支持顺时针/逆时针旋转方向。该电机是许多功能的优秀解决方案,如机器人技术、医疗设备、电动门锁等,最初由有刷直流电机执行。

STSPIN250 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Direction Control
PA15
AN
Chip Standby/Reset
PC12
RST
Chip Enable
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
PWM Speed Control
PC8
PWM
Flaut Reporting
PC14
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

STSPIN250 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
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

该库包含 STSPIN250 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • stspin250_set_ph - 此函数调节方向控制引脚状态,控制电流方向。

  • stspin250_enable - 此函数调节使能引脚状态。

  • stspin250_reset - 此函数调节重置引脚状态。

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 Stspin250 Click example
 * 
 * # Description
 * This application enables usage of brushed DC motor driver with
 * the current limiting and current sensing.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initialization driver init, PWM init and enable device
 * 
 * ## Application Task  
 * This is a example which demonstrates the use of Stspin250 Click board.
 * Stspin250 Click communicates with register via PWM interface.
 * It shows moving in the left direction from slow to fast speed
 * and from fast to slow speed.
 * 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 "stspin250.h"

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

static stspin250_t stspin250;
static log_t logger;
uint8_t motor_direction = 1;

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    stspin250_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.

    stspin250_cfg_setup( &cfg );
    STSPIN250_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    stspin250_init( &stspin250, &cfg );

    stspin250_enable( &stspin250, STSPIN250_DEVICE_ENABLE );
    stspin250_set_duty_cycle ( &stspin250, 0.0 );

    stspin250_pwm_start( &stspin250 );
    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;

    if ( motor_direction == 1 )
    {
        stspin250_set_ph( &stspin250, 1 );
        log_printf( &logger, "> CLOCKWISE <\r\n" );
    }
    else
    {
        stspin250_set_ph( &stspin250, 0 );
        log_printf( &logger, "> COUNTER CLOCKWISE <\r\n" );
    }

    stspin250_set_duty_cycle ( &stspin250, 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;
        if ( motor_direction == 1 )
        {
            motor_direction = 0;
        }
        else if ( motor_direction == 0 )
        {
            motor_direction = 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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