基于DSPIC33F的馬達(dá)控制方案

Microchip公司的dsPIC33F系列是高性能16位數(shù)字信號(hào)控制器（DSC），采用改進(jìn)的哈佛架構(gòu)，高達(dá)40MIPS，16位數(shù)據(jù)通路，24位指令，工作電壓3.0V~3.6V，主要用在各種馬達(dá)控制如無(wú)刷DC馬達(dá)，單相和三相馬達(dá)與開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。此外也可用在UPS、逆變器、開(kāi)關(guān)電源、功率因素修正以及服務(wù)器、通信設(shè)備和其他工業(yè)設(shè)備的電源管理模塊。

DSPIC33FJXXXMCX06A/X08A/X10A系列器件可支持多種電機(jī)的控制應(yīng)用，如無(wú)刷直流電機(jī)，單相和三相感應(yīng)電機(jī)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。dsPIC33F電機(jī)控制產(chǎn)品也非常適合于不間斷電源（UPS），逆變器，交換式電源供應(yīng)器，功率因數(shù)校正以及服務(wù)器、電信設(shè)備和其他工業(yè)設(shè)備中的電源管理模塊的控制。

圖1 dsPIC33F系列方框圖

圖2 Cerebot MC7馬達(dá)控制板框圖

DSPIC33F主要特性

工作范圍：

•最高可達(dá)40 MIPS的操作（3.0V~3.6V）：

-工業(yè)級(jí)溫度范圍（-40℃~85℃）

-擴(kuò)展級(jí)溫度范圍（-40℃~125℃）

•最高可達(dá)20 MIPS的操作（3.0V~3.6V）：

-高溫范圍（-40℃~150℃）

高性能DSC CPU：

•改進(jìn)型哈佛架構(gòu)

• C編譯器優(yōu)化指令集

• 16位寬數(shù)據(jù)總線

• 24位寬指令

•可尋址最大4M指令字的線性程序存儲(chǔ)空間

•可尋址最大64kB線性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

• 83條基本指令：多數(shù)為單字節(jié)/ 單周期指令

•兩個(gè)40位累加器：

-帶舍入和飽和選擇

•靈活和強(qiáng)大的尋址模式：

-間接尋址、模尋址和位反轉(zhuǎn)尋址

•軟件棧

16位×16位小數(shù)/整數(shù)乘法運(yùn)算

• 32/16位和16/16位除法運(yùn)算

•單周期乘法和累加運(yùn)算：

- DSP操作的累加器回寫

-雙數(shù)據(jù)取操作

•可將最多40 位數(shù)據(jù)左移或右移最多16 位

直接內(nèi)存訪問(wèn)（DMA）：

• 8通道硬件DMA

• 2 kB雙端口DMA緩沖區(qū)（DMA RAM）以存儲(chǔ)通過(guò)DMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)：

-允許CPU執(zhí)行代碼時(shí)在RAM和外 設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸（不額外占用周期）

•大多數(shù)外設(shè)支持DMA

中斷控制器：

•中斷響應(yīng)延時(shí)5個(gè)周期

•最多67個(gè)可用中斷源

•最多五個(gè)外部中斷

• 7個(gè)可編程優(yōu)先級(jí)

•五個(gè)處理器異常響應(yīng)數(shù)字I/O：

•最多85個(gè)可編程數(shù)字I/O引腳

•最多24個(gè)引腳上具有喚醒/變化中斷功能

•輸出引腳可驅(qū)動(dòng)3.0V~3.6V電壓

• 5V容限的引腳呈漏極開(kāi)路配置，最 高其有5.5V輸出，并有一個(gè)外部上拉

•所有I/O引腳具有4mA的電流吸入 能力

片上閃存和SRAM：

•閃存程序存儲(chǔ)器，最大256 kB

•數(shù)據(jù)SRAM，最高30kB（包括2kB的DMA RAM空間）

系統(tǒng)管理：

•靈活的時(shí)鐘選項(xiàng)：

-外部晶振，諧振器和內(nèi)部RC

-全集成PLL

-極低抖動(dòng)PLL

•上電定時(shí)器

•振蕩器啟動(dòng)定時(shí)器/穩(wěn)定器

•自帶RC振蕩器的看門狗定時(shí)器

•故障保護(hù)時(shí)鐘監(jiān)視器（FSCM）

•多個(gè)復(fù)位源

電源管理：

•片上2.5V穩(wěn)壓器

•實(shí)時(shí)時(shí)鐘源切換

•可快速喚醒的空閑，休眠和打盹模式定時(shí)器/捕捉/比較/PWM：

•定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，最多9個(gè)16位定時(shí)器：

-最多可以配對(duì)成4個(gè)32位定時(shí)器

- 1個(gè)定時(shí)器，可依靠外部32.768 kHz振蕩器用作實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）

-可編程的預(yù)分頻器

•輸入捕捉（最多八通道）：

-可捕捉上升沿，下降沿或上升/下降沿

- 16位捕捉輸入功能

-每路捕捉都有4字深度的FIFO緩沖

•輸出比較（最多八通道）：

- 一個(gè)或兩個(gè)16位比較模式

- 16位無(wú)毛刺PWM模式

通信模塊：

• 3線SPI（2個(gè)模塊）：

-幀支持簡(jiǎn)單編解碼的I/O接口

-支持8位和16位數(shù)據(jù)

-支持所有串行時(shí)鐘格式和采樣模式

• I2C（2個(gè)模塊）：

- 完全支持多主從模式

- 7位和10位尋址

-總線沖突檢測(cè)和仲裁

-集成信號(hào)調(diào)理

-從地址掩碼

• UART（2個(gè)模塊）：

-檢測(cè)到地址位時(shí)產(chǎn)生中斷

-檢測(cè)UART錯(cuò)誤產(chǎn)生中斷

-檢測(cè)到啟動(dòng)位時(shí)將器件從休眠模式喚醒

- 4字符的發(fā)送和接收FIFO緩沖區(qū)

- LIN/J2602支持

-硬件IrDA編碼和解碼

-高速波特率模式

-使用CTS和RTS的硬件流控制

•增強(qiáng)型CAN（ECAN技術(shù)）2.0B

active版本（多達(dá)2個(gè)模塊）：

-多達(dá)8個(gè)發(fā)送緩沖區(qū)以及32個(gè)接收緩沖區(qū)

- 16個(gè)接收濾波器和3個(gè)屏蔽寄存器

-用于診斷和總線監(jiān)視的環(huán)回模式、

監(jiān)聽(tīng)模式和監(jiān)聽(tīng)所有報(bào)文模式

-收到CAN報(bào)文時(shí)喚醒器件

-自動(dòng)處理遠(yuǎn)程傳輸請(qǐng)求

-使用DMA的 FIFO模式

- DeviceNet尋址支持

-電機(jī)控制外設(shè)：

•電機(jī)控制PWM（最多八通道）：

- 4個(gè)占空比發(fā)生器

-獨(dú)立或互補(bǔ)模式

-可編程死區(qū)時(shí)間和輸出極性

-邊緣或中心對(duì)齊

-手動(dòng)輸出優(yōu)先控制

-兩個(gè)故障輸入

- ADC轉(zhuǎn)換的觸發(fā)

-16位分辨率的PWM頻率（40MIPS）

=1220Hz邊沿對(duì)齊模式，610Hz中 心對(duì)齊模式

- 11位分辨率的PWM頻率

（40MIPS）=39.1 kHz的邊沿對(duì)齊模式，19.55 kHz的中心對(duì)齊模式

•正交編碼器接口（QEI）模塊：

- A相、B相和檢索脈沖輸入

- 16位上升沿/下將沿位置計(jì)數(shù)器

-計(jì)數(shù)方向狀態(tài)

-位置測(cè)量（x2和x4）模式

-輸入端的可編程數(shù)字噪聲濾波器

-備用16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模式

-位置計(jì)數(shù)器計(jì)滿上/下溢中斷

模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）：

•器件中最多兩個(gè)ADC模塊

• 10位，1.1 Msps或12位，500ksps的轉(zhuǎn)換：

-兩個(gè)，四個(gè)或八個(gè)同時(shí)采樣

-最多32個(gè)帶自動(dòng)掃描的輸入通道

-轉(zhuǎn)換啟動(dòng)可手動(dòng)進(jìn)行或與4個(gè)觸發(fā)

源中的一個(gè)同步進(jìn)行

-休眠模式下也可進(jìn)行轉(zhuǎn)換

-積分非線性誤差最大為±1 LSb

-微分非線性誤差最大為±1 LSb

CMOS閃存技術(shù)：

•低功耗，高速閃存技術(shù)

•全靜態(tài)設(shè)計(jì)

• 3.3V（±10％）工作電壓

•工業(yè)級(jí)溫度級(jí)和擴(kuò)展級(jí)級(jí)溫度

•低功耗

封裝：

•100引腳TQFP（14mm×14mm×1mm和12mm×12mm×1mm）

• 80引腳TQFP（12mm×12mm×1mm）

• 64引腳TQFP（10mm×10mm×1mm）

• 64引腳QFN（9mm×9mm×0.9mm）

Cerebot MC7馬達(dá)控制板

Cerebot MC7板是基于Microchip dsPIC 16位數(shù)字信號(hào)控制器的微控制器開(kāi)發(fā)板。

Cerebot MC7主要是作為機(jī)電器件控制器，如，直流電機(jī)。該微控制器采用的是經(jīng)過(guò)電機(jī)控制優(yōu)化的dsPIC系列的dsPIC33FJ128MC706A。

Cerebot MC7具有4個(gè)半橋電路，其額定電壓在5A時(shí)為24V。每一個(gè)半橋電路都連接到dsPIC A/D轉(zhuǎn)換器，以測(cè)量閉環(huán)反饋控制的電壓和電流。這些半橋可以用來(lái)控制兩個(gè)有刷直流電機(jī)，兩個(gè)兩極步進(jìn)電機(jī)，一個(gè)直流無(wú)刷電機(jī)，一個(gè)單極步進(jìn)電機(jī)。此外，該板可用于實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)DC/DC轉(zhuǎn)換器的控制器。

圖3 Cerebot MC7馬達(dá)控制板電路圖（1）

圖4 Cerebot MC7馬達(dá)控制板電路圖（2）

Cerebot MC7馬達(dá)控制板主要特性

• dsPIC33FJ128MC706A微控制器

•四個(gè)24V/5A帶電流和電壓反饋的半

橋式電路，并提供過(guò)電流中斷

•電源電壓最高24V

• 5V/4A開(kāi)關(guān)電源

•集成的編程/調(diào)試電路

• CAN網(wǎng)絡(luò)接口

•用于Digilent外設(shè)模塊板的3個(gè)Pmod連接器

•八個(gè)RC伺服連接器

•兩個(gè)I2C菊花鏈連接器

• 256kbits I2C EEPROM

•兩個(gè)按鈕和四個(gè)LED

•所有I/O引腳的ESD保護(hù)和短路保 護(hù)