靈動微MM32SPIN360C電機開發(fā)板驅動有感BLDC的操作方法

一、MM32SPIN360C 電機開發(fā)板介紹

簡介

如圖（1），MM32SPIN360C 電機開發(fā)板以 Mindmotion 的專用 MCU —— MM32SPIN360C 為主控制器，具備霍爾傳感器檢測和反電動勢檢測功能。適用于低壓場合，可廣泛用于工業(yè)或者民用領域的三相無刷永磁電機驅動器，如電動工具等。

主控制器 MM32SPIN360C 是 ARM Cortex-M0 的 32 位微控制器，內(nèi)置 5V 輸出的 LDO 穩(wěn)壓器（Input : 7~13.5V），內(nèi)置 3 組具有自舉二極管的 N 溝道半橋柵極驅動器（7~48V、1A Sink、1A Source），以及 3 個比較器和 3 個運算放大器等等。MM32SPIN360C 的具體參數(shù)和用法請參考靈動微的官網(wǎng)（https://www.mindmotion.com.cn/）上的數(shù)據(jù)手冊和用戶手冊。

圖（1）

電路板圖解

如圖（2）為電路板正面的圖解，開發(fā)板帶有 10KΩ 可調(diào)電阻器，可用于調(diào)節(jié)電機的轉速。帶有 UART/LIN 通訊接口，以及兩種形式的 JTAG/SWD 接口。電源輸入電壓為 12~36V，可以有兩種接入方式（DC-JACK 或者 接線端子）。

圖（2）

原理圖介紹

圖（3）是電機驅動部分的原理圖。由于 MM32SPIN360C 這顆 MCU 內(nèi)自帶預驅，所以可以直接驅動 MOS 管（PXN012-60QL），簡化了電機驅動電路。

圖（3）

圖（4）是反饋電路，可以通過 JP4~JP8，JP10~JP12 選擇霍爾傳感器方式反饋或者是反電動勢方式反饋。如果選擇霍爾傳感器方式，則只需要將 JP6、JP7、JP8 的 1-2 腳短接。

圖（4）

二、 驅動軟件簡介

啟動電機

此驅動軟件首先通過 12-bit ADC 采集可調(diào)電阻器的電阻值，確定電機的轉速。當電機速度的 PWM 波形占空比大于 5% 才開始啟動電機。電機啟動之前通過讀取 U/V/W 的 3 個霍爾傳感器的值確定電機轉子位置，進而根據(jù)轉子位置來確定 U/V/W 的上電順序。

//RM 旋鈕啟動與調(diào)速
do {
hwAdcValue = GetAdcAverage(5); // 采集可調(diào)變阻器的電壓值
if (0xffff == hwAdcValue) {
break;
} else {
g_tMotor.tDuty = hwAdcValue * 100 / 4095; // 設置 PWM 占空比
SET_DUTY_U(g_tMotor.tDuty);
SET_DUTY_V(g_tMotor.tDuty);
SET_DUTY_W(g_tMotor.tDuty);
if ((g_tMotor.tDuty > 5) && (g_tMotor.tMotorState == STOP)) {
g_tMotor.tMotorState = START; // 如果電機速度的波形占空比大于 5%，則啟動電機
}
}
} while(0);

霍爾傳感器信號的采集

軟件中包含 3 種霍爾傳感器信號采集方式：主循環(huán)、EXTI、Timer 。

主循環(huán) 方式是在主函數(shù)的 while(1) 循環(huán)里讀取 U/V/W 這 3 個霍爾傳感器對應的 MCU 管腳（PA0/PA1/PA2）上的電平, 進而驅動換相。

EXTI 方式是設置 U/V/W 這 3 個霍爾傳感器對應的 MCU 管腳（PA0/PA1/PA2）為外部中斷，雙邊沿觸發(fā)。當任一 HALL 線上電平發(fā)生變化時，都會有對應中斷線產(chǎn)生中斷，在 EXTI 中斷服務函數(shù)中進行 HALL 引腳電平檢測，進而驅動換相。

Timer 方式是設置 U/V/W 這 3 個霍爾傳感器對應的 MCU 管腳（PA0/PA1/PA2）為定時器輸入腳 ( CC1、CC2、CC3)。使用這 3 個定時器輸入腳通過一個異或門連接到 TI1 輸入通道；當捕獲到 CC1、CC2、CC3 上有引腳發(fā)生電平變化時，由于異或門的存在， TI1 上產(chǎn)生一個跳變沿；經(jīng)過輸入濾波器和邊沿檢測器后傳輸給 TI1F_ED ，由于配置了 TIM 的觸發(fā)源為 TI1F_ED 和使能了觸發(fā)中斷，這里會進入觸發(fā)中斷，在觸發(fā)中斷中我們可以判斷霍爾狀態(tài)的有效值，根據(jù)霍爾狀態(tài)的有效值控制電機對應的繞組供電，進而驅動電機旋轉。

這 3 種方式可以通過 hall.h 中的如下定義來選擇：

#define HALL_POLLING_MODE 0 // 1：采用 主循環(huán) 方式采集霍爾信號

#define HALL_TIM_MODE 1 // 1：采用 Timer 方式采集霍爾信號
#define HALL_EXTI_MODE 0 // 1：采用 EXTI 方式采集霍爾信號

電機堵轉檢測

驅動軟件中開啟了系統(tǒng)節(jié)拍定時器（systick），每 1 毫秒中斷一次。此定時器用于檢測電機運轉時堵轉 2 秒之后，停止電機運行。

void Systick_Callback(void)
{
if(RUN == g_tMotor.tMotorState) {
g_tMotor.tCount.hwTimeCount ++;
if(g_tMotor.tCount.hwTimeCount > 2000) { // 2s超時，電機卡住不運轉超過2s時間
GATE_DRIVER_DISABLE();
BLDC_UVW_DISABLE();
g_tMotor.tMotorState = STOP;
g_tMotor.tMotorErr = LOCKED_ERR;
g_tMotor.tCount.hwTimeCount = 0;
}
}
}

三、調(diào)試開發(fā)板

接線方法

開發(fā)板、BLDC 電機、調(diào)試器的接線圖如圖（8）所示。

圖（8）

調(diào)試器的設置

開發(fā)板采用 SWD 接口調(diào)試。調(diào)試器可以采用靈動微官方的調(diào)試下載器，也可以采用適用于 ARM Cortex-M 核的調(diào)試器，比如圖（8）用的就是 WPI 自制的調(diào)試器。

如果使用靈動微官方的調(diào)試器，則需要從靈動微官網(wǎng)上下載調(diào)試器的驅動（https://www.mindmotion.com.cn/support/development_tools/debug_and_programming_tools/）。 并在 keil 的調(diào)試設置中，選擇 MM32-LINK Debugger ，如圖（9）所示。

圖（9）

我這里使用的是 WPI 自制的調(diào)試器，這種調(diào)試器免驅，在 keil 的調(diào)試設置中，選擇 CMSIS-DAP Debugger ，如圖（10）所示。

圖（10）

開發(fā)板上的設置

開發(fā)板上的跳線設置如圖（11）所示，紅色標記的地方需要接跳線帽，其他位置可以忽略。

?

圖（11）

代碼下載 & 運行

將代碼下載到開發(fā)板上之后，旋轉可調(diào)電阻器的旋鈕，電機啟動。可調(diào)變阻器的阻值越大，電機的轉速越高。

四、總結

MM32SPIN360C 電機開發(fā)板上的主控制器（MM32SPIN360C）內(nèi)置預驅，所以 MCU 只需要外接 6 個 MOS 管就可以驅動 BLDC 電機，整個驅動電路比較簡單。
本文檔介紹了如何使用 MM32SPIN360C 電機應用開發(fā)板驅動低壓有感BLDC 電機的方法。 由于有霍爾傳感器反饋電機轉子的位置，所以在電機啟動和運行的過程比較平穩(wěn)，而且不需要算法，驅動代碼比較簡單。
此外，此開發(fā)板也可以驅動有感/無感正弦波電機，這個驅動的方法將在后面的博文中介紹，敬請期待。