使用TMC7300和STM32G474RE使您的有刷直流电机稳定运行

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DC Motor 22 Click with Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

DC Motor 22 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G474RE

确保高效且可靠的 BDC 运行。

硬件概览

它是如何工作的？

DC Motor 22 Click 基于 Analog Devices 的 TMC7300，这是一款优化用于 DC 电机控制的低压驱动器。TMC7300 采用集成的功率 MOSFET 和完整的集成 DC 电机控制逻辑，实现速度控制、扭矩限制和扭矩控制操作，具有高功率密度。其额定工作电压范围为 2V 至 11V，覆盖广泛的嵌入式应用，每个电机端子可提供高达 2A（峰值 2.4A）的电流。该先进驱动器确保高效且可靠的运行，提供具有成本效益和高度竞争力的解决方案。如前所述，TMC7300 通过简单的 UART 控制进行操作，默认波特率为 115200bps 数据传输，允许操

作两个 DC 电机或一个双电流的电机。电机由内部 PWM 发生器操作，所需的占空比通过 UART 接口编程。PWM 像专用电压源一样为电机提供电压，通过设置每个电机的 PWM 电压，提供对电机速度和方向的完全控制。该接口还通过设置一个共同的电流限制来控制两个电机的扭矩限制，允许在加速或电机被堵住时安全地避免过载。此外，该 Click board™ 还具有 A 和 B 通道的电流感应功能。基于填充的感应电阻 R4 和 R5 以及 MAX11645 模数转换器，用户可以通过 I2C 接口获取通道的当前值信息。此外，它还使用了多个

mikroBUS™ 引脚。通过 mikroBUS™ 插座的 EN 引脚提供的启用功能提供了一个开关操作，用于开启/关闭电力传输到连接的负载，而 A0 和 A1 引脚选择 UART 接口地址。它还具有一整套诊断和保护功能，支持稳健和可靠的操作，如接地短路保护、电源短路保护和通过 mikroBUS™ 插座的 INT 引脚报告的欠压检测。此 Click board™ 可通过 VIO SEL 跳线选择 3.3V 或 5V 逻辑电压水平。这允许 3.3V 和 5V 的 MCU 正确使用通信线路。然而，该 Click board™ 配备了包含易于使用的函数和示例代码的库，可作为进一步开发的参考。

DC Motor 22 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

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

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 齿轮电机 - 430RPM (3-6V) 是电机和齿轮箱的全合一组合，其中齿轮的添加降低了电机速度，同时增加了扭矩输出。该齿轮电机具有一个齿轮传动箱，使其成为低扭矩和速度要求应用的高可靠解决方案。齿轮电机的最关键参数是速度、扭矩和效率，在这种情况下，空载速度为 520RPM，最大效率下为 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/逆时针旋转方向，该电机是机器人、医疗设备、电动门锁等领域许多最初由有刷直流电机执行功能的出色解决方案。

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

UART Address Selection

PA15

RST

UART Address Selection

PB12

SCK

MISO

MOSI

Power Supply

3.3V

Ground

GND

Enable

PC8

PWM

Diagnostic

PC14

INT

UART TX

PA3

UART RX

PA2

I2C Clock

PB8

SCL

I2C Data

PB9

SDA

Power Supply

Ground

GND

“仔细看看！”

Click board™ 原理图

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。

Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly

LTE Cat.1 6 Click front image 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 Compiler Selection Step Image hardware assembly

Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly

Necto No Display image step 8 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 DC Motor 22 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

dcmotor22_set_motor_pwm - 此函数设置所选电机的 PWM 占空比。
dcmotor22_get_motor_current - 此函数读取所选电机的电流消耗。
dcmotor22_reset_device - 此函数通过切换 EN 引脚状态来重置设备。

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 DC Motor 22 Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of DC Motor 22 click board by controlling the speed
 * of both motors over PWM duty cycle as well as displaying the motors current consumption.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the click default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * Controls the motor speed by changing the PWM duty cycle every 5 seconds, and displays
 * the motors current consumption. The duty cycle ranges from -100% to +100%. 
 * Each step will be logged on the USB UART where you can track the program flow.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "dcmotor22.h"

static dcmotor22_t dcmotor22;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    dcmotor22_cfg_t dcmotor22_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.
    dcmotor22_cfg_setup( &dcmotor22_cfg );
    DCMOTOR22_MAP_MIKROBUS( dcmotor22_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( UART_ERROR == dcmotor22_init( &dcmotor22, &dcmotor22_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( DCMOTOR22_ERROR == dcmotor22_default_cfg ( &dcmotor22 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }

    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    static int16_t pwm_duty = 0;
    static int8_t pwm_duty_step = 50;
    float current;
    log_printf ( &logger, " Motor A\r\n" );
    if ( DCMOTOR22_OK == dcmotor22_set_motor_pwm ( &dcmotor22, DCMOTOR22_MOTOR_A, pwm_duty ) )
    {
        log_printf ( &logger, " PWM duty: %d\r\n", pwm_duty );
    }
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    if ( DCMOTOR22_OK == dcmotor22_get_motor_current ( &dcmotor22, DCMOTOR22_MOTOR_A, &current ) )
    {
        log_printf ( &logger, " Current: %.3f A\r\n\n", current );
    }
    Delay_ms ( 500 );
    log_printf ( &logger, " Motor B\r\n" );
    if ( DCMOTOR22_OK == dcmotor22_set_motor_pwm ( &dcmotor22, DCMOTOR22_MOTOR_B, pwm_duty ) )
    {
        log_printf ( &logger, " PWM duty: %d\r\n", pwm_duty );
    }
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    if ( DCMOTOR22_OK == dcmotor22_get_motor_current ( &dcmotor22, DCMOTOR22_MOTOR_B, &current ) )
    {
        log_printf ( &logger, " Current: %.3f A\r\n\n", current );
    }
    Delay_ms ( 500 );
    
    if ( ( ( pwm_duty + pwm_duty_step ) > DCMOTOR22_MAX_PWM ) || ( ( pwm_duty + pwm_duty_step ) < DCMOTOR22_MIN_PWM ) ) 
    {
        pwm_duty_step = -pwm_duty_step;
    }
    pwm_duty += pwm_duty_step;
}

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

/*!
 * @file main.c
 * @brief DC Motor 22 Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of DC Motor 22 click board by controlling the speed
 * of both motors over PWM duty cycle as well as displaying the motors current consumption.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the click default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * Controls the motor speed by changing the PWM duty cycle every 5 seconds, and displays
 * the motors current consumption. The duty cycle ranges from -100% to +100%. 
 * Each step will be logged on the USB UART where you can track the program flow.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "dcmotor22.h"

static dcmotor22_t dcmotor22;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    dcmotor22_cfg_t dcmotor22_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.
    dcmotor22_cfg_setup( &dcmotor22_cfg );
    DCMOTOR22_MAP_MIKROBUS( dcmotor22_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( UART_ERROR == dcmotor22_init( &dcmotor22, &dcmotor22_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( DCMOTOR22_ERROR == dcmotor22_default_cfg ( &dcmotor22 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }

    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    static int16_t pwm_duty = 0;
    static int8_t pwm_duty_step = 50;
    float current;
    log_printf ( &logger, " Motor A\r\n" );
    if ( DCMOTOR22_OK == dcmotor22_set_motor_pwm ( &dcmotor22, DCMOTOR22_MOTOR_A, pwm_duty ) )
    {
        log_printf ( &logger, " PWM duty: %d\r\n", pwm_duty );
    }
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    if ( DCMOTOR22_OK == dcmotor22_get_motor_current ( &dcmotor22, DCMOTOR22_MOTOR_A, &current ) )
    {
        log_printf ( &logger, " Current: %.3f A\r\n\n", current );
    }
    Delay_ms ( 500 );
    log_printf ( &logger, " Motor B\r\n" );
    if ( DCMOTOR22_OK == dcmotor22_set_motor_pwm ( &dcmotor22, DCMOTOR22_MOTOR_B, pwm_duty ) )
    {
        log_printf ( &logger, " PWM duty: %d\r\n", pwm_duty );
    }
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    if ( DCMOTOR22_OK == dcmotor22_get_motor_current ( &dcmotor22, DCMOTOR22_MOTOR_B, &current ) )
    {
        log_printf ( &logger, " Current: %.3f A\r\n\n", current );
    }
    Delay_ms ( 500 );
    
    if ( ( ( pwm_duty + pwm_duty_step ) > DCMOTOR22_MAX_PWM ) || ( ( pwm_duty + pwm_duty_step ) < DCMOTOR22_MIN_PWM ) ) 
    {
        pwm_duty_step = -pwm_duty_step;
    }
    pwm_duty += pwm_duty_step;
}

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