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分分钟带你入门无刷电机控制——P-NUCLEO-IHM001套件评测

2016-01-04
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作者：刘昆磊
来源：21ic

[导读]
电动机作为当今各个领域的动力主要来源，如今全世界大约二分之一的发电量被电机消耗掉。这样，它的控制能效至关重要。ST(意法半导体)公司致力于建立高效电机控制生态系统，不仅有适用于电机控制的微处理器MCU、电机驱动IC，还提供有免费且易于使用的电机控制软件算法，协助电机控制工程师快速实现高效的电机矢量控制方案。

二、P-NUCLEO-IHM001认识

1、P-NUCLEO-IHM001整体认识

P-NUCLEO-IHM001是ST推出的入门级电机控制套件，该套件包含ST公司的NUCLEO-F302R8核心板和X-NUCLEO-IHM07M1电机驱动扩展板以及一个永磁式三相无刷直流电动机。整个套件包含了电机控制所需的所有硬件系统，再配合ST公司提供的免费的电机控制软件算法库，可帮助工程师快速实现电机矢量控制，可用于无人机、家电、电动自行车(E-bike)、家庭自动化、医疗仪器和工业机器等领域。

P-NUCLEO-IHM001像一般的电机控制系统一样，可分为3个功能模块，分别是控制模块、功率驱动模块和电机模块，如下图所示：

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图2-1 P-NUCLEO-IHM001套件功能模块

P-NUCLEO-IHM001系统功能模块

其中：

(1)控制模块采用NUCLEO-F302R8核心板，主要任务是接受用户的命令和配置参数，完成梯形6步或矢量控制算法，输出以驱动电机。

(2)功率驱动模块采用X-NUCLEO-IHM07M1扩展板，采用STSPIN L6230作为电机驱动器，PowerSO36封装，具有过流和过热保护。扩展板包含了所有必要的动态功率和模拟元件完成低压永磁同步电机控制。

(3)电动机模块采用奔牛公司的低压三相直流无刷电机作为被控对象。

2、NUCLEO-F302R8核心板

P-NUCLEO-IHM001套件的控制模块采用的是NUCLEO-F302R8核心板。象所有的Nuleo系列开发板一样，风格一致，电路也几乎完全一样，只是在接口略微不同和微控制器不同。

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图2-2 NUCLEO-F302R8核心板功能框图

由Nuleo开发板结构框图可以看到，板子最上面是一个ST-Link，通过SWD方式连接目标微控制器，下部的主控微控制器和接口(Arduino和Morpho接口)，以及复位按钮、用户LED和用户按钮。

下图是具体NUCLEO-F302R8核心板功能分布：

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图2-3 NUCLEO-F302R8核心板功能分布

NUCLEO-F302R8核心板的主要功能特点：

(1)STM32F302R8T6微控制器。

(2)支持Arduino UNO R3 Shield扩展板，微控制器所有IO口引脚通过排针座引出。

(3)ST-LINK/V2-1调试器。

(4)3个LED：一个USB通讯LED、一个电源LED、一个用户LED。

(5)2个机械按键：复位RESET、用户USER B1。

(6)USB接口的3个不同功能：虚拟串口、容量存储、调试接口。

(7)3种不同供电方式：mini USB接口供电;IO引脚用电;通过Arduino UNO R3 Shield接口供电。

(8)支持Keil、IAR、embed在线IDE的设计工具。

下图是是NUCLEO-F302R8核心板的微控制器。

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图2-4 NUCLEO-F302R8核心板微控制器STM32F302R8T6

NUCLEO-F302R8核心板的微控制器是ST公司的64脚MCU——STM32F302R8T6基于高性能的ARM® Cortex®-M4 架构，可运行在高达72MHz的频率下面，内嵌一个浮点数运算单元(FPU)，有助于快速完成复杂运算;内部集成了64 KB的FLASH存储器和16 KB的SRAM存储器;内部集成一个高达5Msps的ADC，三个比较器，多达18个电容感应通道，一个DAC通道，低功耗RTC，一是通用的32位定时器，一个定时器专用到电机控制，以及多达三个通用16位定时器，三个I2C，三个USART，最多2个SPI接口与多路全双工I2S，一个USB FS装置，CAN和红外线发射器等资源。

NUCLEO-F302R8核心板提供Arduino和Morpho两种接口，具体接口定义为：

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图2-5 NUCLEO-F302R8核心板Arduino接口

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图2-6 NUCLEO-F302R8核心板Morpho接口

Morpho接口又称全功能扩展接口，将核心微控制器STM32F302R8T6的所有可用引脚引出，方便工程师测试使用。

兼容Arduino接口的引出使NUCLEO-F302R8核心板有更多的Arduino资源使用，方便电子安好这DIY使用。

NUCLEO-F302R8的开发环境还是比较多的，主流的IDE都支持，比如MDK、IAR、GCC-based IDEs，当然还有最近的mbed在线IDE。另外，ST公司推出的图形开发工具STM32CubeMX，以图形化的界面配置来帮助开发者快速配置工程、实现初始化代码的功能。

除了开发工具之外，ST还为STM32提供了程序库，包括前期的标准库和最近两年推出的HAL库，可方便软件功能是快速使用C语言开发基于STM32微控制器的软件系统。

3、X-NUCLEO-IHM07M1扩展板

X-NUCLEO-IHM07M1是ST公司专门为STM32 Nucleo核心板设计的基于L6230驱动器的三相无刷直流电动机驱动扩展板。它提供一种在STM32 Nucleo工程中的低成本、简单易用的三相无刷直流电动机控制解决方案。

X-NUCLEO-IHM07M1使用ST morpho 接口链接到STM32 Nucleo核心板，并为其他扩展板提供ST morpho接口，并且给用户预留Arduino UNO R3接口，用户可自行焊接安装。X-NUCLEO-IHM07M1是完全可配置的，并且支持无传感器和有传感器的闭环控制模式。下图就是X-NUCLEO-IHM07M1扩展板图片。

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