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使用TB67B001FTG和STM32G474RE体验终极BLDC电机管理

无刷电机控制的完美!

Brushless 14 Click with Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

Brushless 14 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G474RE

通过我们的无刷电机控制增强安全性和可靠性,提供故障检测和保护功能,以保护电机和设备。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 14 Click基于Toshiba半导体的TB67B001FTG,这是一款用于无刷直流电机的三相PWM斩波驱动器。它通过根据速度控制输入改变PWM占空比来控制电机的转速。这个Click板提供了一个节能的解决方案,在各种应用中使无刷直流(BLDC)电机运行安静。将TSP信号路由到mikroBUS™插座的PWM信号上,启动和停止电机运行,并通过控制输出PWM占空比来控制电机的转速。该过程如下进行:DC分辨率模式 - 强制换向模式 - 无传感器模式。当初始转子位置不规则时,由于它们在强制换向模式下不同步,启动可能会失败。在这种情况下,通过调整TB67B001FTG的FST信号和VR1电位器通过VST引脚的输入电压来调整强制换向频率以将操作转移到无传感器模式是必要的。在启动时的强制换向模式中,电机在以下条件下运行:前导角度 = 0°,120°换向,没有软开关。当过程切换到无传感器模式时,操作会自动更改为通过设置LA引脚、LAP和SLOP开关配置的模式。SLOP

和LAP开关可以选择六种类型的驱动器(120°、135°和150°换向,带和不带软开关)。TSP引脚可以通过SW3开关的SP引脚选择脉冲占空比控制或模拟电压控制。此外,通过DAC43608进行的ADJ0-3通道的配置可以通过TSP信号调整输出PWM占空比,DAC43608是一款低功率、八通道数字模拟转换器。通过I2C串行通信与MCU建立通信,还可以通过DAC3608获得LA引脚和FPWM(输出PWM频率选择)的期望值,DAC3608与MCU建立通信。通过板上的ROT开关选择前导角度切换的速度。当设置最合适的前导角度时,提高了效率,减少了噪音。除了I2C通信之外,还使用了连接到mikroBUS™插座引脚的几个GPIO引脚。DIR引脚可以切换电机的旋转方向,路由到mikroBUS™插座的RST信号。在切换旋转方向时,首先停止电机,通过TSP引脚关闭输出,然后通过改变DIR引脚的配置切换旋转方向。此外,还可以通过LED指示灯标记为LOCK的指示灯和转速检测来检测电机锁定事件,其中信息通

过PCA9538扩展器端口转发给MCU。用户可以选择根据其应用程序添加上拉(R13-R16)或下拉(R23-R26)电阻,并使用跳线JP2-JP5激活和停用所选的ADJ通道。此外,当电机受外部因素振动时,可能无法正常启动。在这种情况下,可以通过添加R17-R19的外部电阻来提供偏移电压,以在TB67B001FTG内部的位置检测比较器中检测到电机锁定事件。Brushless 14 Click支持电机的外部供电,可以连接到标记为VM的输入端子,并且应在5.5V至22V的范围内。标记为U、V、W和COM的接线端子是需要连接BLDC电机的端子。电源电压的绝对最大额定值为25V(最大电流3A),不得超过,即使是一瞬间也不行。不要超过这些额定值!这个Click板™可以使用通过VCC SEL跳线选择的3.3V或5V逻辑电压电平进行操作。这样,既支持3.3V又支持5V的MCU可以正确使用通信线路。这个Click板™配备了一个包含易于使用的函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Brushless 14 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

带霍尔传感器的无刷直流(BLDC)电机代表42BLF电机系列的高性能电机。这款电机以星形配置接线,拥有120°的霍尔效应角度,确保精确可靠的性能。电机长度紧凑,仅为47mm,重量轻,仅为0.29kg,专为满足您的需求而设计。在24VDC电压额定值和4000 ± 10% RPM的速度范围下,该电机可以无缝运行,提供持续稳定可靠的动力。它在-20至+50°C的正常工作温度范围内表现出色,具有1.9A的额定电流,保持高效运行。此外,该产品与所有无刷Click板以及需要带霍尔传感器的无刷电机无缝集成。

Brushless 14 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Forward/Reverse Direction
PC12
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Rotation Speed Command
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!”

Click board™ 原理图

Brushless 14 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

该库包含 Brushless 14 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • brushless14_set_duty_cycle - 此函数设置PWM占空比

  • brushless14_set_la - 此函数设置前导角度设置输入

  • brushless14_set_dir - 此函数设置方向引脚状态

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 main.c
 * @brief Brushless14 Click example
 *
 * # Description
 * This application example showcases ability of the device to control motor,
 * It's speed and rotation direction. Also it gives user ability to change other
 * configuration parameters.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization of communication modules (I2C, PWM, UART) and additional 
 * pins (INT, DIR). It reads ID from DAC ic to confirm communcation. Then
 * configures device for control.
 *
 * ## Application Task
 * Drives motor using PWM from 10% duty cycle to 100% and back to 0%. 
 * Increment is done by 10% in span of 2 seconds. Whenever application gets
 * to 0% duty cycle it chages direction of rotation.
 *
 * @author Luka Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "brushless14.h"

static brushless14_t brushless14;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    brushless14_cfg_t brushless14_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.
    brushless14_cfg_setup( &brushless14_cfg );
    BRUSHLESS14_MAP_MIKROBUS( brushless14_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = brushless14_init( &brushless14, &brushless14_cfg );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) 
    {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }
    
    uint16_t data_read = 0;
    brushless14_dac_read( &brushless14, 0x02, &data_read);
    if ( BRUSHLESS14_DAC_ID != data_read )
    {
        log_error( &logger, " Communication. " );
    }
    
    brushless14_default_cfg ( &brushless14 );
    
    Delay_ms ( 1000 );
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    static int8_t duty_cnt = 1;
    static int8_t duty_inc = 1;
    static uint8_t direction = 0;
    float duty = duty_cnt / 10.0;
    
    brushless14_set_duty_cycle ( &brushless14, duty );
    log_printf( &logger, "> Duty: %d%%\r\n", ( uint16_t )( duty_cnt * 10 ) );
    
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    
    if ( 10 == duty_cnt ) 
    {
        duty_inc = -1;
    }
    else if ( 0 == duty_cnt ) 
    {
        duty_inc = 1;
        direction = !direction;
        brushless14_set_dir( &brushless14, direction );
    }
    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

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资源

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