MicrochipPIC18BLDC馬達控制方案

Microchip公司的PIC18F2331/2431/4331/4431 是增強性閃存微控制器，采用納瓦（nanoWatt）技術，并具有高性能的PWM和模數(shù)轉換器。本文介紹閃存微控制器PIC18F2331/2431/4331/4431的主要性能及其評估板的性能和詳細的電路圖。

PIC18F2331/2431/4331/443128/40/44-Pin Enhanced Flash Microcontrollers with nanoWatt Technology, High-Performance PWM and A/D

該系列具備所有PIC18 單片機固有的優(yōu)點，即以實惠的 價格提供出色計算性能，以及高耐久性的增強型閃存程序存儲器和高速10 位A/D 轉換器。除了這些優(yōu)點之外，PIC18F2331/2431/4331/4431 系列還增強了器件設計，使得該系列單片機成為許多高性能、功率控制和電機控制應用的明智選擇。這些特別的外設包括：

插入可編程死區(qū)時間的14 位分辨率功率控制PWM 模塊（Power Control PWM odule，PCPWM）
運動反饋模塊（Motion Feedback Module，MFM）包含一個3 通道輸入捕捉（Input Capture， IC）模塊和正交編碼器接口 （Quadrature Encoder Interface， QEI）
高速10 位A/D 轉換器（HSADC）
PCPWM 能夠產生至多8 個插入死區(qū)時間的互補PWM輸出。過驅動電流由片外模擬比較器或數(shù)字故障輸入引腳（FLTA 和FLTB）檢測。
MFM 正交編碼器接口提供精確的轉子位置反饋和／或速度測量?？梢允褂肕FM 的3 個輸入捕捉或外部中斷檢測使用霍爾傳感器反饋的電子換相電機應用（例如，BLDC 電機驅動）的轉子狀態(tài)。PIC18F2331/2431/4331/4431 器件還有閃存程序存儲 器和一個內建了LP 振蕩模式的內部RC 振蕩器。

1.1 新的內核功能
1.1.1 納瓦（nanoWatt）技術
PIC18F2331/2431/4331/4431 系列的所有器件具有一系列能在運作時顯著降低功耗的功能。關鍵的幾項包括：
備用運行模式：通過將Timer1 或內部振蕩電路作為單片機時鐘源，可使代碼執(zhí)行時的功耗降低大約90%。

多種空閑模式：單片機還可在其CPU 內核禁止的情況下運行，而外設仍能繼續(xù)工作。處于這種狀態(tài)時，功耗能降得更低，甚至降低到只有正常工作需求的4%。

動態(tài)模式切換：運用代碼可在器件工作時調用功耗管理模式，以便用戶將節(jié)約能耗的理念融入到他們的應用軟件設計中。

關鍵模塊的功耗更低：Timer1 和看門狗定時器模塊的功耗需求降低多達80%，兩者的典型值分別為1.1μA 和2.1 μA。

1.1.2 多個振蕩器選項和功能
PIC18F2331/2431/4331/4431 系列的所有器件均可提供9 個不同的振蕩器選項，這樣用戶在開發(fā)應用硬件時就有很大的選擇范圍。包括：
四個晶振模式，使用晶振或陶瓷諧振器。
兩個外部時鐘模式，可選擇使用兩個引腳（振蕩器輸入引腳和四分頻時鐘輸出引腳）或一個引腳（振蕩器輸入引腳，四分頻時鐘輸出引腳重新分配為通用I/O 引腳）。
兩個外部RC 振蕩器模式，與外部時鐘模式選用相同的引腳。
一個內部振蕩電路，提供一個8 MHz 的時鐘源和一個INTRC 時鐘源（大約31 kHz，溫度和VDD變化時頻率保持穩(wěn)定），并有6 個時鐘頻率可供用戶選擇（從125 kHz 到4 Hz），總共8 種時鐘頻率。

除了可將內部振蕩電路用作時鐘源，它還提供了一個穩(wěn)定的參考源，為使該系列器件穩(wěn)健地工作，增加了以下功能：

故障保護時鐘監(jiān)視：該選項持續(xù)監(jiān)測主時鐘源，將其與內部振蕩電路提供的參考信號作比較。如果發(fā)生了時鐘故障，控制器切換到內部振蕩電路，允許繼續(xù)低速工作或安全地關閉應用。


雙速起振：該選項允許內部振蕩器在上電復位時或從休眠模式喚醒時用作時鐘源，直到主時鐘源可用時為止。這樣使得代碼可在本來的時鐘起振間隔期間執(zhí)行，甚至允許一個應用在不返回全功率工作模式的情況下，執(zhí)行常規(guī)的后臺工作并返回休眠模式。

14 位功率控制PWM 模塊：
多達4 個具有互補輸出的通道
邊沿或中心對齊的操作
靈活的死區(qū)發(fā)生器
硬件故障保護輸入
占空比和周期同步更新
靈活的特殊事件觸發(fā)器輸出
運動反饋模塊：
三個獨立的輸入捕捉通道：
靈活的周期和脈沖寬度測量操作模式
特殊霍爾傳感器接口模塊
輸出到其他模塊的特殊事件觸發(fā)器
正交編碼器接口：
來自編碼器的2 相輸入和一個索引輸入
帶方向狀態(tài)和方向變化中斷的高低位置追蹤
速率測量
高速的200 Ksps 10 位A/D 轉換器：
多達9 個通道
兩個通道同步采樣
連續(xù)采樣：1、2 或4 個選定通道
自動轉換能力
帶可選中斷頻率的4 字FIFO
可選的外部轉換觸發(fā)器
可編程的采集時間
靈活的振蕩器結構：
4 種晶振模式，頻率高達40 MHz
兩個外部時鐘模式，頻率高達40 MHz

內部振蕩電路：
8個用戶可選頻率：從31 kHz 到8 MHz
OSCTUNE 可以對頻率漂移進行補償
輔助振蕩器使用Timer1 （32 kHz 時）
故障保護時鐘監(jiān)視器：
如果時鐘發(fā)生故障，允許器件安全關斷

功耗管理模式：
運行CPU 打開，外設打開
空閑CPU 關閉，外設打開
休眠CPU 關閉，外設關閉
通常空閑模式電流降至5.8 A
通常休眠模式電流降至0.1 A
Timer1 振蕩器典型參數(shù)為1.8 A、32 kHz、2V
看門狗定時器（WDT），典型值為2.1 A
雙速振蕩器起振
外設特點：

灌電流/ 拉電流峰值25 mA/25 mA
三個外部中斷
兩個捕捉/ 比較/PWM （CCP）模塊：
捕捉為16 位，最大分辨率為6.25 ns （TCY/16）
比較為16 位，最大分辨率為100 ns （TCY）
PWM輸出：PWM 分辨率為1 到10 位
增強型USART 模塊：
支持RS-485、RS-232 和LIN 1.2
啟動位自動喚醒
自動波特率檢測
使用內部振蕩電路的RS-232 工作模式（無需外部晶振）

特殊單片機特性：
可進行100,000 次擦寫操作的增強型閃存程序存儲器（典型值）
可進行1,000,000 次擦寫操作的數(shù)據EEPROM存儲器（典型值）
閃存/ 數(shù)據EEPROM 保存時間：100 年
可在軟件控制下自行編程
中斷有優(yōu)先級
8 X 8 單周期硬件乘法器
擴展的看門狗定時器（WDT）：
具有41 ms 到131s 的可編程周期
通過兩個引腳進行單電源供電在線串行編程（In-Circuit Serial Programming™， ICSP™）

通過兩個引腳在線調試（In-Circuit Debug，ICD）
調試時安全驅動PWM 輸出
PICDEM MC LV開發(fā)板支持28引腳的 PIC18F微控制器和dsPIC30F數(shù)字信號控制器，控制馬達的額定值高達48V 和 2.2 A。