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基于DSPIC33F的马达控制方案

发布时间:2020-07-21 17:16:32 阅读: 来源:清水离心泵厂家

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。

本文引用地址: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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