马达控制MCU模块TWR-56F8257的主要特点性能及应用电路分析

飞思卡尔公司的TWR-56F8257是MCF56F8257马达控制MCU模块，采用MC56F825x / MC56F824x数字信号控制器（DSC），具有DSP的处理能力和MCU功能以及各种外设，以组成高性价比的解决方案，主要用在工业控制，家用电器，智能传感器，防火和安全系统，太阳能逆变器，电池充电和管理，开关电源和电表，马达控制，仪表和照明等。 56F8257塔式MCU模块主要特性，附件图，电路图和材料清单。

MC56F825x / MC56F824x数字信号控制器MC56F825x / MC56F824x是基于56800E内核的数字信号控制器（DSC）系列的成员。它在单个芯片上结合了DSP的处理能力和微控制器的功能以及一组灵活的外设，从而创造了一种经济高效的解决方案。由于它的低成本，配置灵活性和紧凑的程序代码，因此非常适合许多应用程序。MC56F825x / MC56F824x包括许多对成本敏感的应用特别有用的外围设备，包括：

•工业控制

•家用电器

•智能传感器

•消防和安全系统

•太阳能逆变器

•电池充电器和管理

•开关电源和电源管理

•功率计量

•电机控制（ACIM，BLDC，PMSM，SR和步进）

•手持式电动工具

•电弧检测

•医疗设备/设备

•仪器仪表

•照明镇流器

56800E内核基于改良的哈佛式架构，包括三个执行单元并行操作，每个指令周期最多可进行六个操作。MCU风格的编程模型和优化的指令集允许直接生成高效，紧凑的DSP和控制代码。对于C编译器来说，指令集也非常高效，可以快速开发优化的控制应用程序。

MC56F825x / MC56F824x支持从内部存储器执行程序。可以从片上数据RAM访问每个指令周期两个数据操作数。全套可编程外设支持各种应用。

每个外设都可以独立关闭以节省功率。除电源引脚和复位引脚外，任何引脚都可以配置为通用输入/输出（GPIO）。

片上功能包括：

•60 MHz工作频率

•统一的C高效架构中的DSP和MCU功能

•片上存储器

– 56F8245 / 46：48 KB（24K x 16）闪存；6 KB（3K x 16）统一数据/程序RAM

– 56F8247：48 KB（24K x 16）闪存；8 KB（4K x 16）统一数据/程序RAM

– 56F8255 / 56/57：64 KB（32K x 16）闪存；8 KB（4K x 16）统一数据/程序RAM

•多达9个通道的eFlex PWM，包括6个具有高分辨率（520 ps）分辨率的NanoEdge

通道•两个8通道，12位模数转换器（ADC s）具有动态x2和x4可编程放大器，转换时间短至600 ns，并具有输入电流注入保护

•三个带集成5位DAC参考的模拟比较器

•循环冗余校验（CRC）发生器

•两个高速排队串行具有LIN从站功能的通信接口（QSCI）模块

•排队的串行外围设备接口（QSPI）模块

•两个兼容SMBus的内部集成电路（I2C）端口

•飞思卡尔的可扩展控制器局域网（MSCAN）2.0 A / B模块

•两个16位四通道计时器（2 x 4个16位计时器）

•计算机运行正常（COP）看门狗模块

•片内弛张振荡器：8 MHz（待机模式下为400 kHz）

•晶体/谐振器振荡器

•集成的上电复位（POR）和低压中断（LVI）以及欠压复位模块

•模块间交叉开关

•多达54个GPIO

•44引脚LQFP，48引脚LQFP和64引脚LQFP封装

•单电源：3.0 V至3.6 V

MC56F825x / MC56F824x主要特性：

内核：

•高效的56800E数字信号处理器（DSP）修改后的哈佛架构的发动机

—三个内部地址总线

—四个内部数据总线

•核心频率为60 MHz时，每秒多达6000万条指令（MIPS）

•155条基本指令与多达20种地址模式结合使用

•支持8位的32位内部主要数据总线位，16位和32位数据的移动，加法，减法和逻辑运算

•单周期16×16位并行乘数累加器（MAC）

•四个36位累加器，包括扩展位

•32位算术和逻辑多位移位器

•具有独特DSP寻址模式的并行指令集

•硬件DO和REP循环

•指令集支持DSP和控制器功能

•紧凑型代码的控制器式寻址模式和指令

•高效的C编译器和局部变量支持

•深度仅受存储器限制的软件子例程和中断堆栈

•JTAG /增强型片上仿真（EOnCE）不受干扰，不受处理器速度的影响，实时调试

工作范围：

•3.0 V至3.6 V操作（电源和I / O）

•上电复位后：大约2.7 V至3.6 V

•环境温度工作范围：–40°C至+105° C

存储器：

•双哈佛架构，允许多达三个同时访问程序和数据存储器

•48 KB（24K x 16）至64 KB（32K x 16）片上闪存，具有2048字节（1024 x 16）页尺寸

•6 KB（3K x 16）到8 KB（4K x 16）片上RAM，可字节寻址

•使用闪存的EEPROM仿真功能

•支持内部闪存和RAM存储器执行60 MHz程序

•闪存安全性和保护功能可防止未经授权的用户可以访问内部闪存

中断控制器：

•五个中断优先级

-每个中断源的三个用户可编程优先级：

0、1、2级–无法屏蔽的3级中断包括：非法指令，硬件堆栈溢出，未对齐数据访问和SWI3指令

-可屏蔽的3级中断包括：EOnCE步骤计数器，EOnCE断点单元和EOnCE跟踪缓冲区

-最低优先级软件中断：LP级

•嵌套中断：较高优先级的中断请求可以中断较低优先级的中断子例程

•可以将两个可编程快速中断分配给任何中断源

•通知系统集成模块（SIM）以使时钟从等待和停止状态重新启动

•可以重新定位中断向量表

中断优先级的屏蔽由56800E内核管理。

外设亮点：

•一个增强型Flex脉宽调制器（eFlexPWM）模块

-多达9个输出通道

-16位分辨率，用于中心对齐，边沿对齐和非对称PWM

每个互补对都可以使用其自己的基于PWM频率和死区时间的值

4时基

独立的顶部和底部死区时间插入 -PWM

输出可以作为互补对或独立通道运行

-每个PWM输出的两个边沿的独立控制

-6通道NanoEdge高分辨率PWM-

分数延迟以增强PWM周期和边沿位置的分辨率

-任意eFlexPWM边缘放置-PWM相移

– NanoEdge实现：520 ps PWM频率分辨率

–具有完整输入捕捉功能的3通道PWM

–三个PWM通道– PWMA，PWMB和PWMX

–增强的输入捕捉功能

—支持与外部硬件或其他硬件同步PWM

—双缓冲PWM寄存器

–整体重装速率从1到16

–半周期重装能力

–每个PWM周期可通过硬件生成多个输出触发事件

–支持双开关PWM输出

–最多可分配四个故障输入以控制多个PWM输出

–故障输入的可编程滤波器

–独立可编程的PWM输出极性

-每个PWM输出的单独软件控制

-通过FORCE_OUT事件可以将所有输出编程为同时更改-PWMX

引脚可以选择从每个子模块输出第三个PWM信号

-未用于PWM生成的通道可以用于缓冲输出比较功能

—未用于PWM生成的通道可用于输入捕捉功能

—增强的双边沿捕获功能

—可以从以下任意一个中为每个互补PWM信号对提供源：

–交叉开关模块输出

–外部ADC输入，考虑到ADC上限和下限寄存器中设置的值

•两个独立的12-位模拟-数字转换器（ADC）

- 2×8信道的外部输入

-内置X1，X2，X4可编程增益前置放大器

-马克西姆微米ADC时钟频率：高达10 MHz

- 8.5 ADC时钟的单转换时间周期（8.5 x 100 ns = 850 ns）

– 6个ADC时钟周期的额外转换时间（6 x 100 ns = 600 ns）

—顺序，并行和独立扫描模式

-前8个样本支持偏移，极限和过零计算

-ADC转换可以通过eFlexPWM和计时器模块通过内部交叉开关模块

进行同步-支持同时和软件触发转换

-支持具有可编程转换次数的多触发模式每次触发时

•模块间交叉开关（XBAR）

-eFlexPWM，ADC，四路定时器，12位DAC，HSCMP和封装引脚之间的可编程内部模块连接

-用于PWM故障输入，定时器的用户定义输入/输出引脚输入/输出，ADC触发器和比较器输出

•三个模拟比较器（CMP）

-可选的输入源包括外部引脚，内部DAC-

可编程的输出极性

-输出可驱动定时器输入，eFlexPWM故障输入，eFlexPWM源，外部引脚输出和触发ADC-

输出下降沿和上升沿检测能够产生中断

-每个比较器32抽头可编程参考电压

•1个12位数模转换器模拟转换器（12位DAC）

— 12位分辨率

—掉电模式

—输出可路由至内部比较器或片外

•两个四通道16位多功能定时器（TMR）模块

—四个独立的16位每个模块具有级联功能的位计数器/计时器

-高达120 MHz的工作时钟

-每个计时器具有捕获，比较和正交解码器功能

-多达12种工作模式

-四个外部输入和两个外部输出

•两个具有LIN从属功能的排队串行通信接口（QSCI）模块

-高达120 MHz的工作时钟

-发射和接收缓冲器上都提供了四字节深的FIFO-

全双工或单通道有线操作

-可编程的8位或9位数据格式

-13位整数和3位小数波特率选择

-两种接收机唤醒方法：

–空闲线

–地址标记

– 1/16位时间噪声检测

–支持LIN从机操作

•一个排队的串行外围设备接口（QSPI）模块

-全双工操作

-发射和接收缓冲器上均提供四字深的FIFO

—主模式和从模式

—可编程的长度事务（2到16位）

—可编程的发送和接收移位顺序（MSB作为发送的第一位或最后一位）

—最大从模块频率=模块时钟频率/ 2

— 13位波特率分频器用于低速通信

•两个内部集成电路（I2C）端口

-最高100 kbps的

操作

-支持主从操作-支持10位地址模式和广播模式

-支持SMBus，版本2

•一个飞思卡尔可扩展控制器区域网络（MSCAN）模块

-完全符合CAN协议版本2.0 A / B-

支持标准和扩展数据帧

—支持高达1 Mbit / s的数据速率

—五个接收缓冲区和三个发送缓冲区

•计算机正常运行（COP）看门狗定时器，可以选择不同的时钟源

-可编程的预分频器和超时时间

-可编程的等待，停止和部分掉电模式工作

-导致检测到PLL的参考时钟丢失后，导致参考复位丢失128个周期

-从支持EN60730和IEC61508的四个源中选择时钟源：

–片内张弛振荡器

–外部晶体振荡器/外部时钟源

–系统时钟（IP总线至60 MHz）

•电源监控器（PS）

—用于数字和模拟电路的片上线性稳压器，以降低成本并降低噪声

—集成的低压检测，如果VDD低于低压检测（LVI）阈值，则生成警告中断；

—集成的上电复位（POR）

–上电过程中可靠的复位过程

– VDD通过低压检测（LVI）后释放POR ）阈值

—集成的掉电复位

—运行，等待和停止模式

•锁相环（PLL）为内核和外设提供高速时钟

— 2x系统时钟提供给Quad计时器和SCI

—丢失锁中断

—参考时钟中断丢失

•时钟源

—片内弛张振荡器，具有两个用户可选频率：低速模式为400 kHz，正常操作为8 MHz

-外部时钟：晶体振荡器，陶瓷谐振器和外部时钟源

•循环冗余校验（CRC）发生器

-使用16位移位寄存器的硬件CRC发生器电路

-符合x16 + x12 + x5 + 1多项式的CRC16-CCITT-

错误检测适用于所有单，双，奇和大多数多位错误

-可编程的初始种子值

-高速硬件CRC计算

-可选功能，可通过转置寄存器对输入数据和CRC结果进行转置，这对于字节位于LSb（最低位）的应用程序是必需的有效位）格式。

•多达54个通用I / O（GPIO）引脚

—

允许5 V的I / O —每个引脚在外围或GPIO模式下的独立控制

—在GPIO模式下，每个引脚的单独输入/输出方向控制

在推挽模式或漏极开路模式下，每个输出引脚的单独控制

—所有输入引脚上的磁滞和可配置的上拉器件

—能够通过可编程的上升或下降产生中断下降沿和软件中断

—可配置的驱动强度：4 mA / 8 mA灌电流/源电流

•用于实时调试的JTAG / EOnCE调试编程接口

IEEE 1149.1联合测试操作组（JTAG）

接口用于实时调试的

EOnCE接口节电特性：

•低速运行，等待和停止模式：OCCS和内部ROSC提供的低至781 Hz时钟

•大型调节器待机模式可降低低速模式下的功耗

•停机模式下的典型唤醒时间少于30 µs

•每个外设均可单独禁用以节省功耗

目标应用：

工业

S-FSK电力线调制解调器

商用太阳能逆变器

住宅太阳能逆变器

消防和安全系统

工业控制

电源

太阳能逆变器

电池充电器和管理

马达控制

无刷直流（BLDC）电动机

开关磁阻电动机

步进电动机

永磁同步电动机

三相交流感应电动机

三相交流感应电动机

图1.56800E

塔式MCU TWR-56F8257模块

MC56F8257塔式MCU模块（TWR-56F8257）是一种经济高效的评估，演示和开发板。TWR-56F8257可以独立运行，也可以作为带有外围模块的塔式系统中的主控制板运行。它也可以与APMOTOR56F8000E电机控制板一起用作主控制板。

TWR-56F8257塔式MCU模块的主要特性：

以下列表概述了TWR-56F8257的功能：

•塔式兼容微控制器模块

•可选电源：

USB

桶式连接器

电机控制板

塔式提升板

•机顶盒上VDDA和VSSA的滤波电源MC56F8257DSC

•采用64 LQFP封装的MC56F8257数字信号控制器（DSC）

•用于MC56F8257 DSC的可选8 MHz晶振电路

•由MC56F8257 DSC控制的九个LED

•用于APMOTOR56F8000E电动机控制板的电动机控制板连接器

•辅助信号连接器

•四个热敏电阻用于MC56F8257 DSC的单端或差分模拟输入

•CAN收发器，接头和终端

•两个按钮，用于用户输入或MC56F8257 DSC的中断

• MC56F8257 DSC的复位按钮

• MC56F8257 DSC的JTAG接头，接头为与OSBDM断开连接

•标头，用于将SCI信号连接到USB桥接器或升降机板

•通过主电梯连接器进行扩展

•具有4 MHz晶振的MC9S08JM60 MCU提供：

开源调试（OSBDM）电路

USB到SCI桥的

标头在OSBDM和USB到SCI桥功能之间进行选择

引导加载程序使能报

头MC9S08JM60 MCU的BDM报头

状态和目标电源指示灯LED

半导体开关的控制，以使USB电源可以从板上向

5V MC9S08JM60 MCU芯片和3.3V MC56F8257 DSC芯片

套件之间的电压转换器供电。TWR

-56F8257板与MC56F8257 16位MCU一起使用

必需的

DVD电缆，带实验室教程，软件，培训和附带的《

快速入门指南》文档

图2.TWR-56F8257截面图

图3.TWR-56F8257板外形图

图4.TWR-56F8257板电路图（1）

图5.TWR-56F8257板电路图（2）

图6.TWR-56F8257板电路图（3）

图7.TWR-56F8257板电路图（4）

TWR-56F8257板材料清单（BOM）：

责任编辑：gt