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。