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标题: 基于DSPIC33F的马达控制方案 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-10 08:31
标题: 基于DSPIC33F的马达控制方案
Microchip公司的dsPIC33F系列是高性能16位数字信号控制器（DSC），采用改进的哈佛架构，高达40MIPS，16位数据通路，24位指令，工作电压3.0V~3.6V，主要用在各种马达控制如无刷DC马达，单相和三相马达与开关磁阻电动机。此外也可用在UPS、逆变器、开关电源、功率因素修正以及服务器、通信设备和其他工业设备的电源管理模块。
DSPIC33FJXXXMCX06A/X08A/X10A系列器件可支持多种电机的控制应用，如无刷直流电机，单相和三相感应电机，开关磁阻电机。dsPIC33F电机控制产品也非常适合于不间断电源（UPS），逆变器，交换式电源供应器，功率因数校正以及服务器、电信设备和其他工业设备中的电源管理模块的控制。

图1 dsPIC33F系列方框图

图2 Cerebot MC7马达控制板框图
DSPIC33F主要特性
工作范围：
•最高可达40 MIPS的操作（3.0V~3.6V）：
-工业级温度范围（-40℃~85℃）
-扩展级温度范围（-40℃~125℃）
•最高可达20 MIPS的操作（3.0V~3.6V）：
-高温范围（-40℃~150℃）
高性能DSC CPU：
•改进型哈佛架构
• C编译器优化指令集
• 16位宽数据总线
• 24位宽指令
•可寻址最大4M指令字的线性程序存储空间
•可寻址最大64kB线性数据存储器
• 83条基本指令：多数为单字节/ 单周期指令
•两个40位累加器：
-带舍入和饱和选择
•灵活和强大的寻址模式：
-间接寻址、模寻址和位反转寻址
•软件栈
16位×16位小数/整数乘法运算
• 32/16位和16/16位除法运算
•单周期乘法和累加运算：
- DSP操作的累加器回写
-双数据取操作
•可将最多40 位数据左移或右移最多16 位
直接内存访问（DMA）：
• 8通道硬件DMA
• 2 kB双端口DMA缓冲区（DMA RAM）以存储通过DMA传输的数据：
-允许CPU执行代码时在RAM和外设之间进行数据传输（不额外占用周期）
•大多数外设支持DMA
中断控制器：
•中断响应延时5个周期
•最多67个可用中断源
•最多五个外部中断
• 7个可编程优先级
•五个处理器异常响应数字I/O：
•最多85个可编程数字I/O引脚
•最多24个引脚上具有唤醒/变化中断功能
•输出引脚可驱动3.0V~3.6V电压
• 5V容限的引脚呈漏极开路配置，最高其有5.5V输出，并有一个外部上拉
•所有I/O引脚具有4mA的电流吸入能力
片上闪存和SRAM：
•闪存程序存储器，最大256 kB
•数据SRAM，最高30kB（包括2kB的DMA RAM空间）
系统管理：
•灵活的时钟选项：
-外部晶振，谐振器和内部RC
-全集成PLL
-极低抖动PLL
•上电定时器
•振荡器启动定时器/稳定器
•自带RC振荡器的看门狗定时器
•故障保护时钟监视器（FSCM）
•多个复位源
电源管理：
•片上2.5V稳压器
•实时时钟源切换
•可快速唤醒的空闲，休眠和打盹模式定时器/捕捉/比较/PWM：
•定时器/计数器，最多9个16位定时器：
-最多可以配对成4个32位定时器
- 1个定时器，可依靠外部32.768 kHz振荡器用作实时时钟（RTC）
-可编程的预分频器
•输入捕捉（最多八通道）：
-可捕捉上升沿，下降沿或上升/下降沿
- 16位捕捉输入功能
-每路捕捉都有4字深度的FIFO缓冲
•输出比较（最多八通道）：
- 一个或两个16位比较模式
- 16位无毛刺PWM模式
通信模块：
• 3线SPI（2个模块）：
-帧支持简单编解码的I/O接口
-支持8位和16位数据
-支持所有串行时钟格式和采样模式
• I2C（2个模块）：
- 完全支持多主从模式
- 7位和10位寻址
-总线冲突检测和仲裁
-集成信号调理
-从地址掩码
• UART（2个模块）：
-检测到地址位时产生中断
-检测UART错误产生中断
-检测到启动位时将器件从休眠模式唤醒
- 4字符的发送和接收FIFO缓冲区
- LIN/J2602支持
-硬件IrDA编码和解码
-高速波特率模式
-使用CTS和RTS的硬件流控制
•增强型CAN（ECAN技术）2.0B
active版本（多达2个模块）：
-多达8个发送缓冲区以及32个接收缓冲区
- 16个接收滤波器和3个屏蔽寄存器
-用于诊断和总线监视的环回模式、
监听模式和监听所有报文模式
-收到CAN报文时唤醒器件
-自动处理远程传输请求
-使用DMA的 FIFO模式
- DeviceNet寻址支持
-电机控制外设：
•电机控制PWM（最多八通道）：
- 4个占空比发生器
-独立或互补模式
-可编程死区时间和输出极性
-边缘或中心对齐
-手动输出优先控制
-两个故障输入
- ADC转换的触发
-16位分辨率的PWM频率（40MIPS）
=1220Hz边沿对齐模式，610Hz中心对齐模式
- 11位分辨率的PWM频率
（40MIPS）=39.1 kHz的边沿对齐模式，19.55 kHz的中心对齐模式
•正交编码器接口（QEI）模块：
- A相、B相和检索脉冲输入
- 16位上升沿/下将沿位置计数器
-计数方向状态
-位置测量（x2和x4）模式
-输入端的可编程数字噪声滤波器
-备用16位定时器/计数器模式
-位置计数器计满上/下溢中断
模拟/数字转换器（ADC）：
•器件中最多两个ADC模块
• 10位，1.1 Msps或12位，500ksps的转换：
-两个，四个或八个同时采样
-最多32个带自动扫描的输入通道
-转换启动可手动进行或与4个触发
源中的一个同步进行
-休眠模式下也可进行转换
-积分非线性误差最大为±1 LSb
-微分非线性误差最大为±1 LSb
CMOS闪存技术：
•低功耗，高速闪存技术
•全静态设计
• 3.3V（±10％）工作电压
•工业级温度级和扩展级级温度
•低功耗
封装：
•100引脚TQFP（14mm×14mm×1mm和12mm×12mm×1mm）
• 80引脚TQFP（12mm×12mm×1mm）
• 64引脚TQFP（10mm×10mm×1mm）
• 64引脚QFN（9mm×9mm×0.9mm）
Cerebot MC7马达控制板
Cerebot MC7板是基于Microchip dsPIC 16位数字信号控制器的微控制器开发板。
Cerebot MC7主要是作为机电器件控制器，如，直流电机。该微控制器采用的是经过电机控制优化的dsPIC系列的dsPIC33FJ128MC706A。
Cerebot MC7具有4个半桥电路，其额定电压在5A时为24V。每一个半桥电路都连接到dsPIC A/D转换器，以测量闭环反馈控制的电压和电流。这些半桥可以用来控制两个有刷直流电机，两个两极步进电机，一个直流无刷电机，一个单极步进电机。此外，该板可用于实现开关DC/DC转换器的控制器。

图3 Cerebot MC7马达控制板电路图（1）

图4 Cerebot MC7马达控制板电路图（2）
Cerebot MC7马达控制板主要特性
• dsPIC33FJ128MC706A微控制器
•四个24V/5A带电流和电压反馈的半
桥式电路，并提供过电流中断
•电源电压最高24V
• 5V/4A开关电源
•集成的编程/调试电路
• CAN网络接口
•用于Digilent外设模块板的3个Pmod连接器
•八个RC伺服连接器
•两个I2C菊花链连接器
• 256kbits I2C EEPROM
•两个按钮和四个LED
•所有I/O引脚的ESD保护和短路保护

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