dsPICDEM™ MCSM开发板使用指南

一、引言

在电机控制领域，开发板的选择至关重要。Microchip的dsPICDEM MCSM开发板为控制单极和双极步进电机提供了一个灵活且经济高效的解决方案。它无需硬件配置更改，就能适应不同类型的步进电机，并且可以与Microchip的dsPIC33F电机控制数字信号控制器（DSC）配合使用。

文件下载：DM330022.pdf

1.1 概述

dsPICDEM MCSM开发板通过dsPIC33F设备利用MOSFET驱动器驱动两个全桥逆变器，为电机绕组供电。该开发板支持高达80V的终端电压和3A的电流，具备多种电路，可实现驱动电机绕组、测量反馈和模拟信号以及与主机或外部设备通信等功能。

1.2 特点

• 设备支持：支持28 - 100引脚的dsPIC33FJ系列PIM，包括dsPIC33FJ12MC202、dsPIC33FJ32MC204、dsPIC33FJ128MC804和dsPIC33FJ256MC710等。
• 电机控制接口：拥有两个全桥逆变器、两个相电流感测电阻、直流母线电压感测电阻和过流保护。
• 输入/输出控制开关：配备一个按钮、复位按钮、10kΩ电位器、PWM输出LED指示灯和过流LED指示灯。
• 通信端口：支持通过USB进行UART通信。
• 内置电源：提供15V（最大功率11W）和3.3V（最大功率2W）电源。
• 电源和编程连接器：包括24V电源输入连接器、辅助电源接头和多种编程连接器。

1.3 包含内容

开发板有两种配置：dsPICDEM MCSM开发板和dsPICDEM MCSM开发板套件。两者都包含开发板、dsPIC33FJ32MC204插件模块、USB - mini - USB电缆、螺丝刀和CD ROM，套件还额外配备24V电源和Leadshine步进电机。

1.4 参考文档和网络研讨会

除了推荐阅读的文档外，Microchip还提供了如“Stepping Motors Fundamentals”等应用笔记和步进电机网络研讨会，可从Microchip网站或当地销售办公室获取。

二、入门指南

2.1 开发板设置

在连接电机之前，务必确保电机的功率额定值不超过开发板的功率额定值，并检查配置电阻是否与固件和安装的dsPIC DSC设备相匹配。以下是运行演示软件的设置步骤：

1. 将开发板放置在坚固的绝缘平台上。
2. 确保dsPIC33FJ32MC204设备或合适的PIM安装在相应的插槽中。
3. 将步进电机（42HS03）连接到J8，按照双极串联连接方式连接电机相位。
4. 将24V电源连接到J6。
5. 按下S1运行电机。
6. 使用电位器调节电机速度。
7. 按下S1切换步进模式，超过256微步设置后停止电机，再次按下S1重复循环。

2.2 编程和调试应用代码

以下是在调试模式下对开发板进行编程的步骤：

1. 将开发板放置在坚固的绝缘平台上。
2. 确保dsPIC33FJ32MC204设备或合适的PIM安装在相应的插槽中。
3. 将步进电机（42HS03）连接到J8，按照双极串联连接方式连接电机相位。
4. 将24V电源连接到J6。
5. 将PICkit™ 3、MPLAB® ICD 3或MPLAB REAL ICE™连接到计算机和开发板的J1或J2。
6. 将USB电缆连接到J4和计算机。
7. 从Microchip网站下载dsPIC33FJ32MC204的代码。
8. 构建项目并将程序下载到处理器中。
9. 在调试模式下点击运行图标。

三、硬件解析

3.1 硬件架构

dsPIC DSC设备具有8通道、高速PWM互补模式输出、可编程ADC触发、数字死区控制、内部直通保护和硬件故障关机等特性，非常适合高性能步进电机控制应用。

3.1.1 功率级

开发板采用两个全桥逆变器来驱动双极步进电机。MOSFET栅极信号由15V永久电源供电，全桥逆变器可由高达80V的电源供电。MOSFET驱动器内置直通保护和固定死区时间，以保护功率级。

3.1.2 电流感测

使用两个分流电阻进行电流感测，放大器电路设计有VREF = AVDD/2的偏移，允许读取正负电流，最大电流范围为±2.2A。通过特定公式计算放大器增益，默认增益值为0.75 V/A。直流母线电压通过简单的电阻分压器测量。

3.1.3 故障保护

开发板具备过流故障检测功能，当相电流超过安全值（默认1.7A）时，会触发PWM关机。故障LED（D15）在电机绕组出现过流时点亮，但在内部故障电路关闭PWM引脚后可能不可见。

3.2 PIM配置

dsPICDEM MCSM开发板支持多种PIM，包括dsPIC33FJ256MC710、dsPIC33FJ12MC202、dsPIC33FJ32MC204和dsPIC33FJ128MC804。不同PIM的引脚配置和电阻设置有所不同，具体可参考相关表格。

3.3 开发板连接器

• 输入电源连接器（J6，BP1 - BP2）：开发板的控制电路由+24V电源供电，功率级直流母线电压可通过J6或BP1 - BP2连接器连接。
• 直流母线电源供应连接器（J5和J7）：通过跳线设置可选择不同的电源供应方式。
• USB接口（J4）：开发板使用PIC18接口作为UART和USB之间的桥梁，对于具有嵌入式USB端口的dsPIC DSC设备，可进行相应的电阻配置。
• dsPIC DSC的ICSP连接器（J1/J2）：用于连接MPLAB ICD 3、MPLAB REAL ICE或PICkit 3进行编程和调试。
• PIC18的ICSP连接器（J3）：用于对PIC18F设备进行编程。
• 电机连接器（J8）：有八个端子，可适应各种电机配置。
• 测试点：可用于检查各种信号，如POT信号、15V和3.3V电源、电机电流等。

3.4 用户界面硬件

开发板包括一个按钮、一个电位器、八个PWM LED、一个电源状态LED、两个USB LED、一个故障LED和一个设备复位按钮。

四、故障排除

4.1 常见问题及解决方案

• USB连接失败（DMCI）：当出现DMCI连接失败，琥珀色和绿色LED亮起时，可先断开USB电缆，再重新连接。
• 开关噪声：使用步进电机时会出现开关噪声，可通过将探头连接到所需信号和地并进行除法运算来正确测量信号。

五、总结

dsPICDEM MCSM开发板为步进电机控制提供了一个功能强大且灵活的平台。通过了解其硬件架构、正确进行开发板设置和编程调试，以及掌握故障排除方法，电子工程师可以更好地利用该开发板进行电机控制应用的开发。你在使用这款开发板的过程中遇到过哪些有趣的问题呢？欢迎在评论区分享。