【从零开始实现stm32无刷电机FOC】【实践】【7.1/7 硬件筹划】

• 点击查察本文开源的完备FOC工程https://gitee.com/best_pureer/stm32_foc
  
• 配套硬件：点此前去查察
  

为了承载和验证本文的FOC代码工程，本节筹划了一个浅易的三相无刷电机硬件套件，主控接纳非经常用的stm32f103c8t6单片机，电机编码器接纳MT6701，电机接纳22xx系列云台电机，驱动电路接纳集成驱动芯片MS8313/DRV8313，电传播感器接纳INA199A1在线采样。
该硬件套件使用无工具快拆装筹划，得手即可直接快速手拧安装拆卸。
接下来对各个模块举行筹划解说：
stm32电路

stm32f103c8t6可以说是学习stm32中最热门和常见的一颗芯片，网络上的配套资料非常丰富，某宝上的制品最小体系板的代价也非常自制（当你不确定是电路题目照旧代码题目时，可以快速地低本钱地使用最小体系板举行验证），本文使用其作为主控芯片。
如果你自行举行芯片选型时，留意不要选择同样热门的stm32f103c6t6，实测Flash容量不敷以运行本文的FOC代码。

• 晶振电路
  该电路是单片机运行的须要条件：
  
  
  
  
• boot选择电路
  该电路非必须，但是最好保存，以防万一步伐里将烧录引脚当成平常IO口举行了控制，导致无法通过J-Link、DAPLink等举行烧录，而只能使用ISP烧录。stm32的boot0和boot1引脚输入可以控制步伐启动方式，对应关系如下：
  

boot0电平boot1电平启动方式0恣意正常启动，即在主flash启动10芯片出厂时自带一个bootloader用于串口烧录步伐，启动该bootloader步伐，即ISP烧录11在ram启动一样平常倒霉用在ram启动，因此从上表来看，只须要将boot1直接接地，控制boot0位的输入电平，即可使用ISP烧录。

将boot0下拉处置惩罚，实现默认输入为0，默认正常启动：

• SWD调试信号
  单片机烧录调试可选择SWD接口或JTAG接口，JTAG除了电源线须要接入JTCK引脚、JTDI引脚、JTDO引脚、JTMS引脚，而SWD除了电源线只须要接入SWCLK引脚和SWDIO引脚，常用的J-Link、DAPLink等调试器都支持SWD接口。本文使用SWD接口而且使用超低本钱的开源调试器DAPLink。该调试电路直接引出即可：
  
  
  
  
• 复位电路
  
  
  
  
• LED电路
  放置一个IO控制的LED灯，方便步伐里某些环境下用作指示灯。
  
  
  
  
• PWM输出信号
  用于输出FOC产生的PWM信号到电机驱动桥，直接引出即可。本文的硬件套件电路板将该三个信号引出方便接示波器，同时这里的PA9和PA10也是ISP烧录的引脚。
  
  
  
  接入PWM的刹车引脚：
  
  
  
  
• SPI信号
  用于读取MT6701磁编码器，直接连线即可。
  
  
  
  
• 调试串口信号
  一个串口用于调试，直接引出即可。
  
  
  
  
• ADC信号
  用于电流采样信号收罗，直接连线即可，留意ADC外设的通道是对应固定引脚的，不能恣意接。
  
  
  
  

磁编码器电路

本文使用MT6701磁编码器，该编码器代价比常用的AS5600稍贵，但是支持SPI角度读取。
颠末我实测，stm32f1系列的I2C外设确实存在硬件bug，使用硬件I2C读取AS5600时，经常会陷入busy状态，因此本文使用支持SPI读取的MT6701。
MT6701供电电压可以是3.3V大概5V，这里使用了5V举行供电，由于MT6701数据手册中有写：要使用内部EEPROM时，供电电压在4.5V到5V之间。不外一样平常也倒霉用内部EEPROM，使用内部EEPROM须要使用I2C方式，由于这里使用了SPI接口，万一要使用时请使用软件I2C。

电机驱动电路

为了方便学习验证FOC算法，本文选择集成驱动芯片MS8313/DRV8313，该芯片内部有3个半桥驱动以及掩护电路，可以淘汰对驱动筹划的要求以及防止粉碎器件。
该芯片自带的过流掩护和相线短路掩护非常有用，如果使用MOS管搭建的驱动桥举行驱动，在刚开始学习验证FOC算法的时间，比力轻易烧毁MOS管，我就烧毁过MOS管好频频。
但是该芯片驱动电流不是很高，每个电机相线最高峰值输出2.5A电流，对于学习验证阶段充足了。

电流采样电路

为了方便在定时器恣意溢出时候采样，将电流收罗位置筹划在电机相线上，采样时候请查察前文（adc外设的高级用法）。
电流采样是放大采样电阻两头电压后输入单片机ADC引脚，再根据欧姆定律反算得到的。比方假设：

• 运算放大器放大倍数是50倍，输出大于1.65V代表正向电流，小于1.65V代表负向电流。
  
• 采样电阻是0.02Ω。
  
• 单片机ADC读到的电压是0.65V。
  那么流经该相线的电流为(1.65-0.65)/50/0.02=1A。
  

本文电传播感器选择INA199系列，该电传播感器相对于更常用INA240系列的代价低很多，INA240约莫是10+元一片，INA199具有26V的共模电压，收罗相线上的采样电阻两头电压没有题目，就是参考电压须要输入1.65V会贫苦一点。
这里选择INA199A1，放大倍数是50倍。

电机选择

由于MS8313/DRV8313驱动电流有限，因此最好选择绕组电阻高一点（线电阻10Ω以上）的电机，不要使用航模电机，这里使用2208云台电机。云台电机与航模电机重要的区别就是绕组铜线匝数不一样，云台电机匝数多、绕组电阻大、磁感应强度大、扭矩大，大概小于200KV的航模电机也就能称为云台电机了。
颠末我的测试，使用1000KV的2208航模电机在MS8313/DRV8313驱动下，位置环的力矩比力单薄，速率环委曲能运行，总之不恰当MS8313/DRV8313驱动，固然由于MS8313/DRV8313自带过流掩护，因此使用很低绕组电阻的航模电机也不会烧毁驱动。
下图左边是2208云台电机，右边是2208航模电机：

本文示例硬件阐明

为了学习验证本文的FOC算法，我按照上述电路筹划了一个简朴的集成了磁编码器、电机驱动、单片机的ALL-IN-ONE验证板。点此链接前去查察。

• 支持位置环、速率环、电流环（力矩环）。
  
• 无需接线，无需找对应引脚，安装好电机后，只需外接一根电源线和一根Type-C线（使用适配DAPLink），盲插即可工作。
  
• 使用全手拧筹划，全程无需螺丝刀等工具，得手即可快速手拧安装和拆卸。
  
• 引出多个接口：磁编码器的SPI接口、三相PWM信号线、多个低压电源口，方便抓取波形等使用。
  
• 可适配实行用平台底座，电机调试过程中底座稳固不摇晃。
  
• 自带电机电源开关，一键关闭电机电源，及时克制失控。
  
  
  
  

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