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使用TC78B042FTG和STM32G431RB优化BLDC控制

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Brushless 8 Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

Brushless 8 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

采用先进的无刷电机控制技术驱动工业设备。立即行动,彻底改变您的工程项目。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 8 Click基于Toshiba Semiconductor的TC78B042FTG,这是一款三相无刷电机控制器,提供高效率的宽旋转范围,并具有自动相位调整功能。此电机控制器采用了Toshiba原创开发的智能相位控制技术,可确保在广泛的旋转速度范围内实现高效率。因此,新设备可与具有不同电压和电流容量的电机驱动器以及与输出级联的智能功率器件组合使用。它使用具有平滑电流波形的正弦波驱动系统,比具有矩形波驱动系统的电机产生更少的噪音和振动。此Click板™还包含来自Toshiba Semiconductor的3通道半桥驱动器逆变器TB67Z800FTG,该驱动器从TC78B042FTG接收其高电平和低电平门驱动信号,并驱动连接的无刷直流电机达到22V/3A。对于此类型的应用,更准确地说是需要带霍尔传感器的无刷Click板以使其工作,Mikroe向其用户提供了一种此类电机,您可以在我们的商店中找到这种

电机的提供。基于电阻R23值为22kΩ,典型振荡频率为9.22 MHz,驱动电机进行120°换相。当霍尔信号指示转速为1 Hz或更高时,电机根据LA引脚的命令估算转子位置而旋转。当转速低于1Hz或电机旋转方向相反时,电机以120°换相驱动。先前提到的LA引脚以及与导角控制相关的其他引脚的期望值,由DAC3608提供,这是一款来自德州仪器的低功耗、八通道、数字模拟转换器,通过I2C串行通信与MCU建立通信。此外,DAC43608还允许用户通过将跳线定位到从JP1到JP4标记的适当位置之间的有效I2C地址字节来选择有效的I2C地址字节,这些跳线定位到5V、GND或I2C通信线。至于TC78B042FTG的电源,它由来自德州仪器的超低噪声线性稳压器TPS7A49供电,将输入值转换为6V,该输入值的范围为6.5至22V,以供电主芯片。除了I2C通信外,还使用了连接到mikroBUS™插座引脚的几个GPIO引脚。DIR

引脚,路由到mikroBUS™插座的CS引脚,用于在控制电机旋转速度本身时选择电机旋转方向,可通过VSP SEL跳线选择。通过这个跳线,用户可以使用PWM信号或由DAC43608获得的值进行速度控制。标记为RES的引脚路由到mikroBUS™插座的RST引脚,可用于错误检测,更准确地说是用于打开或关闭换相输出。位于INT引脚的FG引脚代表基于可选每转脉冲数的旋转脉冲。最后一个标记为AN的引脚通过Analog Devices的高压双向电流传感放大器LT1999-10提供精确的电流监测。板上的两个标头包含W、V和U相霍尔输入信号以及具有高侧和低侧换相信号的标头。此外,它还具有用于热关断和过电流保护的两个LED指示器,标记为ISD和TSD。这个 Click board™ 设计为只能使用 5V 逻辑电压级别。在将 Click board™ 用于具有不同逻辑电平的 MCU 之前,应进行适当的逻辑电压级别转换。

Brushless 8 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

Brushless DC (BLDC) Motor with a Hall sensor 表示42BLF系列中的高性能电机。这种电机以星形配置进行连接,拥有120°的霍尔效应角度,确保精准可靠的性能。具有47mm的紧凑电机长度和仅为0.29kg的轻量化设计,此BLDC电机经过精心设计以满足您的需求。在额定电压为24VDC和速度范围为4000 ± 10% RPM的情况下,此电机能够无缝运行,提供一致可靠的动力。它在-20至+50°C的正常操作温度范围内表现出色,配有额定电流为1.9A,保持高效。此外,此产品与所有需要带霍尔传感器的BLDC电机的Brushless Click板™和集成无缝。

Brushless 8 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Current Monitor
PA15
AN
Error Detection
PC12
RST
Forward/Reverse Direction
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
NC
NC
3.3V
Ground
GND
GND
PWM Signal
PC8
PWM
Hall Signal Rotation Pulse
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 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 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 Brushless 8 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • brushless8_cfg_setup - 此函数将点击配置结构初始化为初始值

  • brushless8_init - 此函数初始化用于Brushless 8 Click的所有必要引脚和外设

  • brushless8_default_cfg - 此函数执行Brushless 8 Click的默认配置

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 Brushless8 Click example
 *
 * # Description
 * This example showcases how to initialize and use the Brushless 8 click. 
 * This application is a schowcase of controlling speed 
 * and direction of brushless motor with hall sesnor.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init 
 * Initializes the click board to appropriate settings based on selected mode.
 * Initialization settings are sent through I2C bus and the motor itself is
 * controlled via PWM or DAC over I2C.
 * Modes:
 *     - BRUSHLESS8_PWM
 *     - BRUSHLESS8_DAC
 *
 * ## Application Task  
 * This example demonstrates the use of Brushless 8 click board.
 * Brushless 8 click communicates with the device via I2C driver in order to 
 * set adequate voltage level for connected motor.
 * Current PWM/DAC settings being output are sent via logger.
 * Results are being sent to the Usart Terminal where you can track their changes.
 * 
 * @note Take into consideration that the jumper on Brushless 8 click board
 * has to be set adequately for selected mode ( @b VSPSEL ).
 *
 * @author Nikola Peric
 */

// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "brushless8.h"
#include "board.h"
#include "math.h"
#include "log.h"

/* Select desired mode. */
#define BRUSHLESS8_MODE BRUSHLESS8_PWM

#define COMM_DELAY 500

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

static brushless8_t brushless8;
static log_t logger;

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    brushless8_cfg_t brushless8_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.

    brushless8_cfg_setup( &brushless8_cfg );
    // Select desired mode.
    brushless8_cfg.ctrl_mod = BRUSHLESS8_MODE;
    BRUSHLESS8_MAP_MIKROBUS( brushless8_cfg, MIKROBUS_1 );

    BRUSHLESS8_RETVAL init_flag = brushless8_init( &brushless8, &brushless8_cfg );
    if ( BRUSHLESS8_OK != init_flag )
    {
        log_error( &logger, "Application Init Error" );
        log_info( &logger, "Please, run program again..." );

        for ( ; ; );
    }

    brushless8_default_cfg ( &brushless8 );

    if ( BRUSHLESS8_PWM == brushless8.ctrl_mod )
    {
        brushless8_set_dac_vout( &brushless8, BRUSHLESS8_DAC_REG_CHN_A_DVSP, 0 );
        brushless8_set_duty_cycle( &brushless8, 0 );
        brushless8_pwm_start( &brushless8 );

        Delay_ms( 3000 );
    }

    log_info( &logger, "Application Task" );
    log_printf( &logger, "------------------------------\r\n" );
}

void application_task ( void )
{    
    static int8_t duty_cnt = 1;
    static int8_t duty_inc = 1;
    float duty = duty_cnt / 10.0;
    
    brushless8_set_duty_cycle ( &brushless8, 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;
}

void main ( void )
{
    application_init( );

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

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

额外支持

资源

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