探索Microchip Motor Control Starter Kit：硬件与软件的完美融合

作为电子工程师，我们总是在寻找能够高效开发和测试电机控制应用的工具。Microchip的Motor Control Starter Kit就是这样一款出色的产品，它为我们提供了一个便捷的平台，让我们可以轻松地进行电机控制和mTouch电容式触摸应用的开发。今天，就让我们一起来深入了解这款套件。

文件下载：DM330015.pdf

一、套件概述

Microchip的Motor Control Starter Kit旨在展示低成本16位电机控制和mTouch设备的功能和特性。该套件包含了一个板载编程器/调试器，无需额外的编程器或硬件接口，为开发工作带来了极大的便利。套件中的演示应用程序软件可从Microchip网站（http://www.microchip.com）下载，所有项目文件都包含在内，方便我们恢复设备的原始状态或进行进一步的实验和评估。

1.1 套件内容

• Motor Control Starter Kit Board：核心开发板，集成了各种功能模块。
• BLDC motor：提供了一个3相无刷直流电机（Shinano DR - 29312），用于电机控制实验。
• 9V power supply：为开发板和电机提供电源。
• USB cable：用于连接开发板和计算机，实现数据传输和调试。

1.2 电气规格

项目	典型值	最大值	单位
J3直流输入额定值	9	12	V DC
J5直流输出额定值（电压）	12	12	V DC
J5直流输出额定值（峰值电流）	0.2	0.8	A
J5直流输出额定值（功率）	2.5	10	W
BLDC电机（Shinano DR - 29312）额定电压	12	-	V DC
BLDC电机（Shinano DR - 29312）额定扭矩	6	-	mNm
BLDC电机（Shinano DR - 29312）额定速度	1400	-	RPM
BLDC电机（Shinano DR - 29312）额定电流	0.16	-	A

1.3 功能与特性

1.3.1 顶部组件

• Microchip dsPIC33FJ16MC102 DSC：提供处理能力，运行电机控制和mTouch应用程序。
• Motor connector：用于连接BLDC电机。
• 9V power connector：接入9V电源。
• 3 - phase inverter：采用Microchip的TC4428双MOSFET驱动器，实现电机的三相驱动。
• BLDC motor：套件配备的电机。
• BEMF feedback：通过电阻网络测量电机的反电动势，为无传感器控制提供反馈。
• Current feedback：采用单分流拓扑，提供电机电流反馈。
• Push button：作为用户输入设备。
• Power LED：指示开发板是否通电。
• Programmer/debugger power LED：指示编程器/调试器是否通电。
• Capacitive slider：实现电容式触摸功能。
• User LEDs：可由用户编程控制，用于显示不同的状态。

1.3.2 底部组件

• Power supply regulators：将9V输入转换为适合其他组件的电压，包括3.3V和12V。
• On - board programmer/debugger：通过USB提供编程和调试功能。
• Programmer/debugger USB connector：连接计算机和开发板。

二、软件描述

2.1 电机控制应用

电机控制软件和硬件基于Microchip应用笔记AN1160 “Sensorless BLDC Control with Back - EMF Filtering Using a Majority Function”。与标准的AN1160软件不同的是，dsPIC33FJ16MC102 DSC的内部模拟比较器可实现过流故障的即时检测和PWM输出的硬件关闭。电机电流通过分流器，经运算放大器放大后输入到DSC的模拟引脚，该引脚可配置为比较器输入和ADC输入。ADC模块读取电流值，可实现更复杂的控制算法，如单分流控制。比较器输出连接到PWM故障输入，当电流超过软件设定的阈值时，PWM立即关闭。

2.2 mTouch电容式滑块应用

电容式滑块基于应用笔记AN1250 “Microchip CTMU for Capacitive Touch Applications”实现。在Motor Control Starter Kit上实现了一个两通道的电容式滑块，每个通道连接到dsPIC33FJ16MC102 DSC的一个模拟输入。CTMU模块以固定电流对每个通道的电容充电一定时间，电容值取决于用户手指在滑块上的位置。充电结束后，CTMU模块停止充电并触发ADC采样和转换电容上的电压为数值。通过滤波去除噪声，根据预定义的阈值确定手指的位置，并可通过监测两个通道的数值变化检测手指的移动。

2.3 电机控制与mTouch的集成

dsPIC33FJ16MC102 DSC以最高16 MHz的频率运行，有足够的资源运行电机控制和mTouch功能。电容式触摸应用需要无噪声环境，而电机控制应用中MOSFET的开关会产生噪声。为了避免这种干扰，通过减少电容充电时间、增加充电电流并将其与PWM周期同步，确保在MOSFET不开关时进行电容式滑块测量。DSC的ADC模块可同时采样四个不同的模拟通道，三个通道用于电机反电动势反馈，一个通道用于CTMU模块。滑块的两个通道在后续的PWM周期中交替采样和转换。CTMU模块使用触发器控制电容的充电和停止，确保在采样电容电压时没有PWM开关事件发生。

三、硬件介绍

3.1 编程器/调试器

Motor Control Starter Kit包含一个板载编程器/调试器电路，通过USB提供连接。该电路与dsPIC设备硬连接，提供ICSP调试/编程功能。

3.2 信号配置

dsPIC33FJ16MC102 DSC的各个引脚与开发板上的信号连接，每个引脚都有特定的功能。例如，AN2/RP0/CN4/RB0作为模拟和比较器输入，用于电机电流反馈；PWM1H3/RP10/RB10等引脚作为PWM输出，控制电机的运行。

3.3 编程器/调试器组件

• Programmer/ Debugger Power LED：点亮时表示通过USB为PIC24FJ256GB106 MCU供电，目标MCU可设置为调试模式。
• On - board Programmer/ Debugger：控制目标dsPIC33FJ16MC102 DSC的编程/调试操作。
• Programmer/ Debugger USB Connector：提供系统电源和主机PC与开发板之间的双向通信。

3.4 应用组件

• dsPIC33FJ16MC102 DSC：提供处理能力，具有16 Kbytes的闪存程序存储器和1 Kbyte的RAM，使用片上FRC振荡器和PLL作为时钟源。
• Motor Connector：通过6针连接器连接BLDC电机。
• 9V Power Connector：连接9V电源，为DSC和电机控制电路供电。
• 3 - Phase Inverter：采用Microchip的TC4428双MOSFET驱动器，实现低电压控制侧和功率侧的接口。
• BLDC Motor：Shinano DR - 29312电机，具有特定的额定参数。
• BEMF Feedback：通过电阻网络测量电机的反电动势。
• Current Feedback：单分流拓扑，提供电机电流反馈。
• Push Button：作为用户输入设备。
• Power LED：指示DSC是否通电。
• Capacitive Slider：实现电容式触摸功能。
• User - programmable LEDs：可由用户编程控制，用于显示不同的状态。
• Power Supply Regulators：将9V输入转换为3.3V和12V，分别为DSC和电机驱动电路供电。

3.5 板载连接器

• J1：mini - B USB连接，用于连接编程器/调试器和主机计算机。
• J2：ICSP编程接口连接器，用于编程PIC24FJ256GB106 MCU的USB - to - UART桥。
• J3：9V电源输入。
• J4：ICSP编程接口连接器，用于编程dsPIC33FJ16MC102 DSC。
• J5：BLDC电机连接器。

3.6 指示器和人机界面

• S1：按钮，按下时将相应的端口引脚接地。
• D2：USB总线指示器，指示设备是否连接到USB总线且编程器/调试器已通电。
• D4：电源指示灯，指示开发板是否由9V电源供电。
• D5 - D7：用户可编程LED，端口引脚置高时点亮。
• Slider A - B：两通道电容式滑块，每个通道连接到一个模拟输入引脚。

3.7 测试点

• MOTOR_CURRENT：电机电流反馈（2.5 V/A）。
• GND：四个接地测试点。
• M1_V, M2_V, M3_V：三相反电动势电压反馈（148 mV/V）。
• PWM1Hx/PWM1Lx：三个互补PWM对。

四、总结

Microchip的Motor Control Starter Kit为电子工程师提供了一个全面的开发平台，无论是电机控制还是mTouch电容式触摸应用，都能在这个套件上得到很好的实现。其丰富的功能和便捷的开发环境，使得我们可以快速地进行应用开发和测试。你是否也想尝试使用这个套件来开发自己的电机控制项目呢？不妨动手实践一下，相信会给你带来不一样的体验。