MM32SPIN160C开发板试用
本次测试的MM32 Motor-DK低压电动机开发板，采用MM32SPIN160C处理器，内部集成了NMOS的预驱动，及丰富的和电机驱动相关外设。
测试目标对象为12V的直流无刷电机，采用FOC+SVPWM的方式完成驱动控制过程。
使用高性能的Arm® Cortex®-M0 为内核的 32 位微控制器，最高工作频率可达72MHz，内置高速存储器，丰富的 I/O 端口和多种外设。
- 32KB Flash，4KB SRAM
- 包含 12 位的 ADC，采样速度高达 1Msps
- 5 个通用定时器、1 个针对电机控制的 PWM 高级定时器
- 1 个 I2C 接口、2 个 SPI 接口和 2 个 UART 接口
- 针对电机应用内置 1 个比较器
- 预驱工作电压高达 75V
- 工作温度范围（环境温度）-40℃ - 85℃
- 提供 QFN32 封装
适合于多种应用场合：
- 空气净化器
- 服务器风机
- 吊扇
- 吊扇灯
- 落地扇
- 电动工具
- 吸尘器
- 无人机电调
- 水泵
1.2. MM32SPIN160C开发板介绍
图 MM32 Motor-DK开发板照片
1）基本介绍
输入电压范围 : 12V~28V
使用60V/40A N-MOS管*6
使用外挂(SPIN0x) GBW 6MHz 高速运放*4
MCU 电源使用 5V
支持有/无霍, 方波/弦波驱动
支持1/2 Shunt R 三相电流采样
BEMF 电压回授使用ADC 采样
DC Bus 电压, 总电流量测
使用MCU 内建比较器做为过电流保护
具VR, LED等功能
2） 硬件资源描述
| 类型 | 子项 | 硬件IO引脚 | 外设应用 |
LED | LED0 | PDO | GPIO |
模拟量 AD采样 | VR | PB1 | AD1-CH09 |
总线电压VBUS | PA7 | AD1-CH07 | |
反电动势U相 | PA0 | AD1-CH00 | |
反电动势V相 | PA1 | AD1-CH01 | |
反电动势W相 | PA2 | AD1-CH02 | |
电机电流U相 | PA5 | AD1-CH05 | |
电机电流V相 | PA6 | AD1-CH06 | |
电机电流总电流SUM | PA3 | AD1-CH03 | |
比较器 | 电机过流制动 | PA4 | CMP1-CH03 |
驱动控制 | UH | PA10 | TIM1-CH1 |
UL | PA9 | TIM1-CH1N | |
VH | PA8 | TIM1-CH2 | |
VL | PB15 | TIM1-CH2N | |
WH | PB14 | TIM1-CH3 | |
WL | PB13 | TIM1-CH3N | |
输出使能 | PB12 | GPIO |
3）跳线冒配置描述
由于采用无霍尔FOC+2ShuntR驱动输出方式，因此官方说明文件中给了我们基本配置说明，这里直接拿来主义了。
图 跳线帽的选择
采用Keil搭建基本开发环境，首先我们安装Pack库文件，前面已经介绍，MM32SPIN160C采用的是Cortex-M0内核，实际处理器等同于MM32SPIN05PF。因此我们需要安装MindMotion.MM32SPIN0x_DFP.1.0.8.pack文件到Keil系统中。
为了方便调试，我们可以选择支持Cortex-M0的仿真器，我这里采用JTAG-OB V2版本，实际测试发现，代码烧录没有任何问题，速度也挺快，但是仿真过程一直磕磕绊绊，经常出现中途退出的现象，我分析可能有两个原因，一个是我这个仿真器对MM32SPIN160C的支持不太好；另一个可能是仿真器质量不太好，在外部干扰的情况下不太稳定。这个请大家在测试。
2.1. 电机极对数P
示波器途中包含3组波形，每组都是转子转动一周出现的若干个正弦波，可以数出有6个波峰和6个波谷，可以确定为6对极。
图 反电势确定电机极对数
2.2. 相电阻Rs实测电阻：3.1欧/2 = 1.55欧姆
2.3. 相电感Ls
实测电感：1.78mH/2 = 0.89mH
2.4. 反电动势常数Ke
如示波器实测，峰峰值为2.460V，周期为8.723ms，可计算频率为114.64Hz。
反电动势系数Ke = 1000*P*Vpp/(2*1.732*60*f) = 1000 * 6 * 2.460/(2*1.732*60*114.6)=0.62
图 通过反电势峰值确定反电动势系数
3. 程序移植
FOC驱动代码基础来自与MM32官方的一个风机测试程序，程序基于MM32SPIN05，采用外扩MOS驱动回路的方式，因此和我们这款开发板还是又较大区别的。经过摸索，总结如下几个移植注意事项：
主要移植工作量都在这个文件中，其中包括对于不同板卡之间硬件差异的移植过程，所选择电机及系统的匹配移植。
1） 硬件差异移植
前面已经描述了我们测试开发板的硬件资源，这里面需要对应上去。
图 与原版程序的差异对比
- WL_PIN引脚的输出操作函数对应的引脚是不同的
//----define WL pin I/O ploarity in IPD mode-------------------------------------------------------------------------------//#define WL_PIN_IO_MODE_LOW_ACTIVE //if define WL pin will active low in IO mode. if not define, WL pin will active high in IO mode #define WL_PIN_IO_MODE_OUTPUT_LOW GPIOB->BRR |= GPIO_Pin_13 //20190626 #define WL_PIN_IO_MODE_OUTPUT_HIGH GPIOB->BSRR |= GPIO_Pin_13 //20190626
复制代码- 直流母线电压采样通道是不同的
#define VBUS_ADC_DATA_REGISTER (ADC1->ADDR7)//DC Bus voltage input//20181215#define ADC_VBUS_CHANNEL_ENABLE CHEN7_ENABLE//DC Bus voltage input//20181215
复制代码
- LED灯的个数和驱动引脚不同
2）匹配移植
- 极对数和驱动频率的调整
#define PWM_FREQUENCY 16000 //unit:HZ#define POLE_NUMBER 12//8
复制代码- 闭环参数不同
//-----Close loop parameters------------------------------------------------------------------------------------------------#define TARGET_SPEED_1 1000 //unit: RPM, define the user's lowest target speed #define TARGET_SPEED_2 2000 //unit: RPM, define the user's second target speed #define TARGET_SPEED_3 3000 //unit: RPM, define the user's Third target speed #define TARGET_SPEED_4 4000 //unit: RPM, define the user's 4th target speed #define TARGET_SPEED_5 5000 //unit: RPM, define the user's 5th target speed #define TARGET_SPEED_6 6000 //unit: RPM, define the user's 6th target speed #define TARGET_SPEED_7 7000 //unit: RPM, define the user's highest target speed
复制代码- 直流母线电压水平
#define USE_MEASURED_DC_BUS_VOLTAGE_TO_GET_POWER //if enable,it will use measured dc bus voltage to calculate power consumption. if not, it will use fixed DC_BUS_VOLTAGE parameter#define DC_BUS_VOLTAGE 120 //unit: 0.1V, define the dc bus voltage, 100 means 10V. it will be used if not define "USE_MEASURED_DC_BUS_VOLTAGE_TO_GET_POWER"
复制代码由于两块板子的驱动引脚差异较大，因此，对于TIM1的OC输出引脚的配置差别较大。
- 输出引脚差异
void TIM1_PWM_Init(uint16_t u16Period,uint16_t u16Prescaler,uint8_t u8DeadTime){ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA| RCC_AHBPeriph_GPIOB , ENABLE);//GPIOA,GPIOB外设时钟使能 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE); //TIM1外设时钟使能 <font color="#ff0000"> //TIM1_CH1,TIM1_CH2,TIM1_CH1N输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //TIM1_CH3N,TIM1_CH3,TIM1_CH2N输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); </font> <font color="#ff0000"> GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource8,GPIO_AF_6);//GPIO端口复用功能使能 GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource9,GPIO_AF_6); GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource10,GPIO_AF_6); GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource13,GPIO_AF_6); GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource14,GPIO_AF_6); GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource15,GPIO_AF_6);</font> // TIM_Cmd(TIM1, ENABLE); //使能TIM1开始计数 // TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure); TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = u16Period; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =u16Prescaler; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 不分频 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode =TIM_CounterMode_CenterAligned2;//for ADC trigger effective when TIM_CounterMode_Up; #ifdef ENABLE_TIM1_CC4_CC5_TO_TRIG_ADC1_FOR_1_SHUNTR TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode =TIM_CounterMode_CenterAligned1;//for ADC trigger, TIM Down count effective, TIM_CounterMode_down #endif TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 1; //重复计数器清0 = Update Event at every overflow TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位 TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure); //初始化TIM_OCInitStructure TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //CH1比较输出使能 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable; //CH1N比较输出使能 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //CH1输出极性:TIM输出比较极性高 TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High; //CH1N输出极性:TIM输出比较极性高 TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set; //CH1输出空闲状态:1 TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset; //CH1N输出空闲状态:0 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = u16Period>>1;//设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值 TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); //CH1,CH1N根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIM1 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = u16Period>>1;//设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值 TIM_OC2Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); //CH2,CH2N根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIM1 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = u16Period>>1;//设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值 TIM_OC3Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); //CH3,CH3N根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIM1 /* Divided clock for TIM1*/ TIM1->PSC = 0x00; // CLK = HSI/(0+1) = 48MHz/1 = 48MHz #ifdef ENABLE_OVER_CURRENT_TIM1BKIN_PROTECTION //enable this to do over current protection (PWM OFF), if comparator output Low signal { TIM_BDTRInitTypeDef TIM_BDTRInitStruct; TIM_BDTRInitStruct.TIM_OSSRState = TIM_OSSRState_Disable;//TIM_OSSRState_Enable;//运行模式下关闭状态选择 TIM_BDTRInitStruct.TIM_OSSIState = TIM_OSSIState_Disable;//TIM_OSSIState_Enable;//空闲模式下关闭状态选择 TIM_BDTRInitStruct.TIM_LOCKLevel = TIM_LOCKLevel_OFF;//软件错误锁定配置:锁定关闭无保护 TIM_BDTRInitStruct.TIM_DeadTime = u8DeadTime;//DTG[7:0]死区发生器配置:(死区时间DT) TIM_BDTRInitStruct.TIM_Break = TIM_Break_Enable;//TIM_Break_Disable;//TIM_Break_Enable; //刹车配置：使能刹车 TIM_BDTRInitStruct.TIM_BreakPolarity = BREAK_POLARITY;//TIM_BreakPolarity_High;//TIM_BreakPolarity_Low;//刹车输入极性选择 TIM_BDTRInitStruct.TIM_AutomaticOutput = TIM_AutomaticOutput_Disable;//TIM_AutomaticOutput_Enable;//自动输出使能配置:MOE只能软件置1 TIM_BDTRConfig( TIM1, &TIM_BDTRInitStruct); //配置互补输出死区时间 } #else /* Dead Time Setting */ TIM1->BDTR |= 0x00|u8DeadTime; // Setting Dead Time [7:0] = 0x30 = 1us at 48MHz #endif //-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- #ifdef ENABLE_1_SHUNT_R_TO_MEASURE_3_PHASE_CURRENT TIM_OC1PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Disable ); //Disable Preload, CCR will be updated right away when new value be written. TIM_OC2PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Disable ); //Disable Preload, CCR will be updated right away when new value be written. TIM_OC3PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Disable ); //Disable Preload, CCR will be updated right away when new value be written. TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE); //使能TIM1在ARR上的预装载寄存器 //TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE); //使能TIM1 PWM互补死区输出 #ifdef ENABLE_OVER_CURRENT_TIM1BKIN_PROTECTION TIM_ITConfig(TIM1, TIM_IT_Update | TIM_IT_Break , ENABLE); TIM_ClearITPendingBit(TIM1, TIM_IT_Break | TIM_FLAG_Update); #else TIM_ITConfig(TIM1, TIM_IT_Update, ENABLE); // Enable TIM1 Update Event Interrupt #endif NVIC_Configuration4TTIM1(); #endif //-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- #ifndef ENABLE_1_SHUNT_R_TO_MEASURE_3_PHASE_CURRENT TIM_OC1PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable ); //使能自动装载 TIM_OC2PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable ); //使能自动装载 TIM_OC3PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable ); //使能自动装载 TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE); //使能TIM1在ARR上的预装载寄存器 //TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE); //使能TIM1 PWM互补死区输出 #ifdef ENABLE_OVER_CURRENT_TIM1BKIN_PROTECTION // TIM_ITConfig(TIM1, TIM_IT_Update | TIM_IT_Break , ENABLE); // TIM_ClearITPendingBit(TIM1, TIM_IT_Break | TIM_FLAG_Update); TIM_ITConfig(TIM1, TIM_IT_Break , ENABLE); TIM_ClearITPendingBit(TIM1, TIM_IT_Break | TIM_FLAG_Update); // #else // TIM_ITConfig(TIM1, TIM_IT_Update, ENABLE); // Enable TIM1 Update Event Interrupt #endif NVIC_Configuration4TTIM1(); TIM1->BDTR |= 0x8000; // 主输出使能 #ifdef ENABLE_TIM1_CC4_TO_TRIG_ADC_FOR_2_SHUNTR//for use TIM1_CC4 to trigger ADC in 2 shunt R phase current sensing TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);//Enable TIM1 only #endif #endif <font color="#ff0000"> Gate_Driver_Init();</font> }
复制代码其中引脚的复用功能选择位不同。
- PWM驱动输出总使能控制
原系统中没有总使能控制引脚，因此我们必须增加初始化和应用控制。
1）总输出使能引脚初始化
void Gate_Driver_Init(void){ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOB, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); GATE_DRIVER_DISABLE(); }
复制代码2）PWM初始化函数中，增加总输出使能引脚的初始化函数调用
void TIM1_PWM_Init(uint16_t u16Period,uint16_t u16Prescaler,uint8_t u8DeadTime){ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 。。。。。。。。 #endif Gate_Driver_Init(); }
复制代码3）pwm.h文件中增加总输出使能控制宏
#defineGATE_DRIVER_ENABLE() GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12)
#defineGATE_DRIVER_DISABLE() GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12)
4）PWM输出使能控制函数中增加总输出控制
void Enable_Motor1_PWM_Output(void)//PWM開始為互補{ TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE); //使能TIM1 PWM互补死区输出 GATE_DRIVER_ENABLE(); // TIM1->CCMR1=0x6868; // Output keep PWM1 mode (CH2/CH1) // TIM1->CCMR2=0x0068; // Output keep PWM1 mode (CH4/CH3) // TIM1->CCER =0x0555; // D:CCxNP=0/CCxNE=1/CCxP=0/CCxE=1 // TIM1->EGR =0x0020; // Active immediately : PWM is complementary type and H_side = High active L_side = High active }
复制代码5）PWM输出禁止控制函数中增加总输出控制
void Disable_Motor1_PWM_Output(void)//ＰＷＭ關閉為０輸出{ GATE_DRIVER_DISABLE(); TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, DISABLE); //Disable TIM1 PWM互补死区输出 // TIM1->CCMR1=0x5858; // Output keep OCREF=1 (CH2/CH1) // TIM1->CCMR2=0x0058; // Output keep OCREF=1 (CH4/CH3) // TIM1->CCER =0x0CCC; // D:CCxNP=1/CCxNE=1/CCxP=0/CCxE=0 // TIM1->EGR =0x0020; // Active immediately : H_side = 0, Low_side = 0 }
复制代码
视频网址
https://v.youku.com/v_show/id_XNTgyNjQwOTkwOA==.html
5. 与STSPIN驱动系统的对比
对比的STM32专用电机芯片为STSPIN32F0601。以下的对比是我的个人感受。
MM32SPIN160C与STSPIN32F0601同样采用ARM Cortex-M0内核，主频最高可达72MHz，32KB的代码空间，多通道高速ADC，高级定时器等外设，最关键的它们同样都集成了NMOS的预驱动。
它们相比，硬件配置的差异主要体现在MM32的ADC提供的功能上稍逊色于ST的同类型产品，它的ADC不支持注入式转换方式，导致实际使用出现了一些不便。
辅助开发工具这方面应该是国内芯片的普遍短板了吧，和ST的产品相比，在使用体验上就会有比较大的落差，我想这也就是我们为了的发展空间之一吧。
通过本次MM32产品的试用，发现MM32SPIN系列的电机驱动产品系列比较全面，芯片配置硬件功能也基本够用。但是在软件设计辅助工具方面，以及用户体验上还有提升空间。
移植后可以正确驱动电机的源码:
t2.rar
(2.51 MB, 下载次数: 51)
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(2.51 MB, 下载次数: 51)
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