STM32G431无刷电机FOC驱动器

1.产品简介

一款高性价比的无刷电机(BLDC、PMSM)FOC控制器，板载HALL接口、SPI接口、IIC接口、反电动势检测、相电流检测、电位器调速、0.96寸LCD显示屏，可以用于有感FOC、无感FOC控制算法的学习研究。工程使用STM32CubeMX进行配置，使用FreeRTOS进行开发设计，测试程序请下载附件进行验证。

2.应用场景

1. 有感FOC控制算法学习：电流环、速度环、位置环
2. 无感FOC控制算法学习：龙伯格观测器、滑膜观测器、扩展卡尔曼滤波器、高频注入算法。
3. BLDC/PMSM电机：适用于市面上所有的12V~24V无刷直流电机
4. 机器人关节，相机云台，力反馈旋钮，航模电机，智能车

3.产品概述

1. 制作成本低，物料成本30~50元
2. 主控：STM32G431CBT6，ARM Cortex-M4内核，带有FPU，CPU主频高达170MHz，RAM：32KB，Flash：128KB。
3. 电阻电容均采用0603封装，便于复刻焊接
4. 电源输入接口带有24V的TVS二极管，可以防止开关瞬间的尖峰电压损坏后级电路
5. 板载0.96寸LCD显示屏(驱动IC：ST7735S)，可用于系统工作状态的显示
6. 板载UART接口、SWD接口，可用于程序的下载和调试
7. 板载三相电流低端检测模块，可用于无刷直流电机“电流环”的控制
8. 板载三相反电动势检测模块，可用于无感FOC控制
9. 板载一个电位器，可用于调速和闭环位置控制的程序设计，板载三个用户自定义按键和一个用户自定义LED。
10. 兼容SimpleFOC控制程序，可移植FreeRTOS，便于进行多线程开发。

4.产品参数

1. 供电接口：DC005公头，输入电压范围：12V~24V，推荐使用12V或24V的电源适配器进行供电
2. 最大采样电流：10A，与选用的采样电阻、运算放大器增益配置、N-MOS有关，推荐采样电流控制在8A以下。
3. 板载电源模块：24V转12V，12V转5V，5V转3.3V，ADC基准电源单独供电。
4. 三相半桥驱动IC采用EG2133，自带闭锁功能，无需在程序中设置死区时间，仅输入三路PWM控制信号即可。
5. 板载外设接口：IIC、SPI、HALL、UART
6. PCB参数：双层板，板子尺寸：99.568mm*61.016mm，可在嘉立创免费打样，可以任意选择你喜欢的板子颜色。
7. GPIO引脚分配：

程序下载、调试接口：

自定义LED、按键接口：

三相电流采集：推荐配置ADC为“定时器触发”+“注入组”

三相电压采集：推荐配置ADC为“定时器触发”+“规则组”+“多通道”+“DMA”

母线电压采集：

电位器接口：

0.96寸LCD接口：FPC接口型号为0.5mm，上接式8P

HALL信号接口：

板载IIC接口：

板载SPI接口：

STM32CubeMX引脚分配图：

3D简介图：

5.使用说明

1. 推荐STM32CubeMX进行工程配置
2. 如果所用无刷电机工作电压为12V，请使用12V的电源适配器进行供电。如果无刷电机的工作电压为24V，请使用24V的电源适配器进行供电
3. 下载程序时，请先停止电机的转动，再使用SWD接口进行下载
4. 焊接好PCB后，可以使用附件中的测试程序进行验证。
5. 详细GPIO分配，以及运放配置，分压电阻的计算，请参考原理图中的设计进行程序设计。

• PCB焊接备注说明：请先下载附件中的“焊接辅助位图”，再进行对照焊接。所有外设均已得到验证，如遇到问题，请先检查焊接问题，如果个人无法解决，请在讨论区分享你的问题。

1. 首先焊接电源模块：24V转12V，如果输入电源为12V，输出电压应为9.6V左右
2. 焊接12V转5V电源模块，焊接完成后使用万用表测量输出是否为5V左右
3. 焊接5V转3.3V，共有两路3.3V的电源，其中一路给ADC的基准电源单独供电，详细信息请参考电路原理图。
4. 焊接EG2133三相半桥驱动电路，使用万用表测试是否有短路问题
5. 焊接三相逆变电路，注意焊接MOS管时，先使用万用表测量一下MOS的好坏，注意焊接温度和焊接时间，以免损坏MOS管造成短路问题。
6. 焊接运放电路
7. 焊接主控电路及按键
8. 焊接0.96寸LCD，FPC接口

【20240126更新】焊接完这两个滤波电容后，可能会挡到FPC座的抽拉。

6.备注

【20240126更新】请下载附件中的Gerber文件，在嘉立创下单助手中进行PCB打样，可以使用免费打样卷，双层板，可以选择任意PCB颜色。

1. 所有元器件均可在立创商城购买到
2. 代码下载方式：提供测试程序，使用STLINK或DAPLINK在KEIL中进行编译下载
3. 附件中的文件：
4. 焊接辅助位图：用于PCB焊接
5. 测试程序源码1：DSP+UART，使用STM32裸机开发，可实现FPU运算浮点数据，提供UART堵塞式发送数据、DMA发送数据，使用HAL库进行开发，对UART数据发送函数已进行封装处理，可直接进行调用
6. 测试程序源码2：使用STM32裸机开发，可以用于0.96寸LCD显示功能测试，屏幕驱动IC：ST7735
7. 测试程序源码3：使用STM32裸机开发，可以用于SVPWM开环驱动无刷电机，可以串口输出三相占空比波形进行观察，波形应为三相相位差120°的马鞍波
8. 测试程序源码4：使用STM32+FreeRTOS进行开发，主要用于测试ADC功能，定时器TIM1_CH4触发ADC1注入组，采集三相电流。定时器TIM4_CH4触发ADC1规则组转换、ADC2规则组转换。使用FreeRTOS创建多线程，各任务配置如下，详细配置请参考该附件中的源码。

HEX固件：提供的各测试程序中，均已包含生成的hex文件，查找方法如下：以测试程序源码4为例，其他测试程序的固件路径类似。

7.测试视频/图片

注意：每次上传程序时，请先让电机停止转动，再上传程序。工程使用STM32CubeMX进行配置，使用FreeRTOS进行开发。前3个测试程序可以不看，但是第四个测试程序，强烈建议下载看一下，相信你会有所收获！

• 测试程序1：验证串口+DSP库，使用vofa+进行串口调试。请注意将USART1的TX和RX，重映射到PB6和PB7。完整版测试程序，请下载附件“测试程序1：DSP+UART”

使用DSP库时，需要添加的宏定义：,__TARGET_FPU_VFP, __FPU_PRESENT=1U, ARM_MATH_CM4

输出结果：

• 测试2：0.96寸LCD，完整版程序请下载附件“测试程序2：0.96LCD”

• 测试3：SVPWM开环运行测试，本次测试使用的为24V无刷电机，使用24电源适配器进行供电。完整版程序请下载“测试程序3：SVPWM开环”

• 测试4：按键控制任务的启停+三相电流采集+三相电压采集+电位器，使用“JustFloat协议”串口输出电压电流数据。完整版程序，请下载附件“测试程序4：ADC采集”
• 按下按键PC15，电机开始转动，再次按下按键PC15，电机停止转动。