Stellaris® LM3S818 controlCARD模块：硬件与软件开发指南

在电子设计领域，选择合适的开发模块对于项目的成功至关重要。Stellaris® LM3S818 controlCARD模块凭借其丰富的功能和良好的兼容性，成为众多工程师的选择之一。今天，我们就来深入了解一下这款模块。

文件下载：MDL-LM3S818CNCD.pdf

一、模块概述

Stellaris® LM3S818 controlCARD模块采用DIMM外形尺寸，既可以独立使用，也能与一系列底板配合，加速评估和开发过程。德州仪器提供了一系列用于电机和功率控制应用的controlCARD底板，在大多数情况下，这些底板会以完整套件的形式提供，包含controlCARD模块和底板。

1.1 套件内容

• MDL-LM3S818CNCD controlCARD模块：板载Stellaris在线调试接口（ICDI）。
• 线缆和配件：USB - miniB到USB - A插头电缆（用于调试和串行通信）；1/2英寸蓝色跳线（用于桥接电源）。
• 开发套件CD：包含控制卡模块独立使用时的完整文档、StellarisWare®外设驱动库和示例源代码；与支持的底板一起使用时的源代码、二进制文件、特定于每个支持底板的文档以及CrossHairs控制GUI Windows应用程序。
• 工具CD：德州仪器的Code Composer Studio™ IDE。

1.2 兼容性矩阵

并非所有的controlCARD和底板配置都受支持。具体的兼容性信息可以参考文档中的“兼容性矩阵”，这里以部分为例：	底板	描述	电气兼容性？	软件支持？	完整套件是否可用？
DRV8312	三相6.5A无刷直流电机驱动器	是	是	DK - LM3S - DRV8312
DRV8301	三相无刷直流电机预驱动器	是	否	否

1.3 模块特点

• 微控制器：LM3S818IQN50 Stellaris微控制器，具有32位ARM® Cortex™ - M3内核，最高速度50 MHz，64 KB闪存和8 KB RAM。
• 外形尺寸：采用DIMM外形，GPIO信号可在DIMM边缘连接器上获取。
• 用户LED：绿色用户LED连接到GPIO PB6。
• 调试功能：Stellaris在线调试接口（ICDI），使用德州仪器的数字隔离器隔离至560 V工作电压。
• 尺寸：3.55" x 1.40"（长x宽）。

二、硬件描述

2.1 功能描述

该模块除了LM3S818微控制器外，还包括一些简单的复用逻辑和集成的Stellairs在线调试接口（ICDI）。下面我们详细介绍其硬件接口。

2.1.1 微控制器和接口

• LM3S818微控制器：基于ARM Cortex - M3的微控制器，具有64 KB闪存、8 KB SRAM、50 MHz操作频率、运动控制PWM和广泛的其他外设。微控制器出厂时已编程有一个简单的快速启动演示程序，除非该程序被用户程序替换，否则每次上电时都会运行。

• DIMM边缘连接器：大多数Stellaris微控制器的GPIO信号被路由到DIMM边缘连接器，该模块与标准DIMM插座兼容，如Molex部件号87630 - 1001。

• 用户LED：绿色用户LED连接到GPIO PB6，该GPIO信号也用于控制CCP（定时器）信号的复用，在某些底板应用中可能不可用。

• 信号复用：DRV8312和DRV8301底板在不同的DIMM引脚上有霍尔输入，U11在GPIO PB6的控制下对这些信号进行复用；模拟开关（U12）在PB4的控制下选择总线电流（I - total）和B相电流（IB - FB）。详细的信号表如下：	边缘连接器引脚号	LM3S818引脚号	LM3S818名称	DRV8301使用	DRV8312使用	备注
  25	PWM0	23	PWM_AH	PWM_A
  26	29	PWM1	PWM2	73	24	PWM_AL	PWM_BH	RESET_A	PWM_B
  30	PWM3	74	PWM_BL	RESET_B
  35	PWM4	25	PWM_CH	PWM_C
  36	PWM5	75	PWM_CL	RESET_C
  34	Fault	84	FAULTn	FAULTn
  14	PhA	40	QEPA	QEPA
  12	PhB	90	QEPB	QEBB
  33	IDX	91	QEPI	QEPI
  45	CCP0	30(DRV8301), 35(DRV8312)	CAP1	CAP1	霍尔输入（CAPx）需要在DRV8301板上移动以访问SPI端口
  13	CCP1	80(DRV8301), 85(DRV8312)	CAP2	CAP2
  46	CCP2	31(DRV8301), 36(DRV8312)	CAP3	CAP3
  11	CCP4	29	DAC_PWM1	DAC_PWM1
  41	TRSTn	99	TRSTn	TRSTn
  40	TCK	48	TCK	TCK
  39	TMS	49	TMS	TMS
  38	TDI	97	TDI	TDI
  37	TDO	98	TDO	TDO
  17	U0Rx	43	GPIO - 28（备用SCI头）	GPIO - 28（备用SCI头）
  18	U0Tx	93	GPIO - 29	GPIO - 29	（备用SCI头）
  19	SSICLK	36(DRV8301)	SCLK		DRV8301有一个SPI配置端口
  20	SSIFss	86(DRV8301)	/SCS
  21	SSIRx	85(DRV8301)	SDO
  22	SSITx	35(DRV8301)	SDI	OTWn
  27	PD2	83	EN_GATE
  28	PD3	42	OTWn
  44	PB4	45			用于选择IB电流或直流母线电流的开关信号
  43	PB5	81	DC_CAL
  42	PB6			此信号设置SPI和CCP信号复用，以支持DRV8312或DRV8301
  1	ADC0	59	IA - FB	IA - FB
  2	ADC1	9或61	IB - FB或	IB - FB或
  3	ADC2	11	ITOTAL	VDCBUS	ITOTAL	VDCBUS
  4	ADC3	21
  48	ADC4	71	ADC - Vhb1	ADC - Vhb1
  47	ADC5	15	ADC - Vhb2	ADC - Vhb2
  			ADC - Vhb3	ADC - Vhb3

• 复位：进入LM3S818微控制器的RESET信号连接到一个R - C网络（R1/C8）和ICDI电路，用于由调试器控制的复位。外部复位在以下任何一种情况下被置位（低电平有效）：上电复位；调试器指示ICDI电路时（此功能可选，并非所有调试器都支持）。

• 电源：控制卡模块通常通过DIMM边缘连接器由底板供电。当作为独立模块使用时，需要安装跳线以支持USB供电操作。需要注意的是，不要在控制卡模块安装在底板上时安装跳线，否则可能会损坏电路板。在高压应用中，为了个人安全，电源必须保持电气隔离。

2.1.2 调试接口、虚拟COM端口和隔离器

• Stellaris在线调试接口（ICDI）和虚拟COM端口：MDL - LM3S818CNCD控制卡模块包括一个板载Stellaris在线调试接口（ICDI），允许使用LM Flash和/或任何支持的工具链对LM3S818进行编程和调试。调试接口采用德州仪器的数字隔离器（ISO7240M和ISO7242M），在ICDI和Stellaris微控制器之间进行安全隔离。由于存在单向隔离器，仅支持JTAG调试和编程，不支持串行线调试（SWD）和串行线跟踪（SWT）。当插入PC时，设备枚举为调试器和虚拟COM端口，COM端口连接到微控制器的以下引脚：	GPIO引脚	引脚功能	虚拟COM端口
  PA0	U0RX	TXD
  PA1	U0TX	RXD

  UART信号也进行了电气隔离。

• 电气隔离：PCB布局采用IEC标准的加强隔离，适用于过电压类别II和污染程度2，爬电距离和电气间隙为6.4 mm。数字隔离器将工作电压限制在560 Vpk，这对于大多数115 Vrms和230 Vrms线供电设计来说是足够的。如果在新设计中使用控制卡模块，需要参考适用于该产品及其环境的安全法规来确定安全工作电压。集成的隔离功能允许Stellaris微控制器与底板在相同的共模电压下运行，简化了高压电机控制设计中的电路设计。

三、软件开发

3.1 软件描述

控制卡模块附带的CD包含StellarisWare®外设驱动库，该库包含了丰富的函数，用于为Stellaris微控制器及其片上外设开发软件。软件还包括一组示例应用程序，这些应用程序展示了LM3S818微控制器的功能，并为开发用户应用程序提供了起点。

3.2 源代码

完整的源代码包含在开发套件CD中。可以参考所选工具链的快速入门指南，了解如何安装源代码和工具链。源代码和二进制文件安装在StellarisWare树中。

3.3 工具选项

源代码安装包含了以下工具链的项目和/或makefile目录：

• Keil ARM RealView®微控制器开发系统
• IAR Embedded Workbench for ARM
• Sourcery CodeBench™（目前控制卡不支持）
• Code Red Technology Red Suite
• 通用Gnu C编译器
• 德州仪器的Code Composer Studio™ IDE

德州仪器的底板可能不支持所有的工具链选项。可以从www.ti.com/stellaris下载这些工具的评估版本，但由于代码大小限制，评估工具可能无法构建所有示例程序，需要完整许可证才能重新构建或调试所有示例。每个评估工具的安装和使用说明可以在每个工具链的快速入门指南中找到，这些指南可以从我们网站（www.ti.com/stellaris）的评估套件部分下载。

3.4 编程控制卡模块

MDL - LM3S818CNCD软件包包含每个示例应用程序的预构建二进制文件。如果将StellarisWare安装到默认安装路径（C:StellarisWare），可以在“C:StellarisWareboardsmdl - lm3s818cncd”中找到示例应用程序。使用板载的Stellaris ICDI和Stellaris LM Flash Programmer工具对MDL - LM3S818CNCD板上的应用程序进行编程，具体步骤如下：

1. 在Windows PC上安装LM Flash Programmer。
2. 将USB电缆的A插头连接到PC上的可用端口，将miniB插头连接到板上。
3. 验证两个电源LED是否亮起。LED D4指示非隔离微控制器电源的状态，LED D5指示隔离USB电源的状态。
4. 运行LM Flash Programmer。
5. 在“配置”选项卡中，使用“快速设置”控件选择LM3S811评估板。切换到“编程”选项卡，点击“浏览”按钮，导航到示例应用程序目录（默认位置是“C:StellarisWareboardsMDL - LM3S818CNCD”）。
6. 每个示例应用程序都有自己的目录，导航到要加载的示例目录，然后进入包含二进制（*.bin）文件的目录，选择二进制文件并点击“打开”。
7. 将“擦除方法”设置为“擦除必要页面”，勾选“编程后验证”框，并勾选“编程后复位MCU”。
8. 点击“编程”按钮开始擦除、下载和验证过程，此时板上的DEBUG ACTIVE LED（D1）会亮起。
9. 验证完成后，程序开始执行。

四、附录信息

4.1 原理图

文档的附录A包含了LM3S818控制卡模块的原理图，包括Stellaris内容、Stellaris MCU和Stellaris ICDI。

4.2 组件位置

附录B提供了模块顶部和底部组件位置的图示，方便工程师进行硬件布局和调试。

4.3 参考资料

附录C列出了除本手册外的其他参考资料，包括Stellaris® LM3S818 controlCARD模块用户手册、Stellaris®开发和评估套件快速入门指南、Stellaris® LM3S818微控制器数据手册等，这些资料可以从www.ti.com/stellaris下载。

五、使用注意事项

5.1 评估板使用条件

该评估板仅用于实验室/开发环境中的可行性评估，除非另有说明，它不是成品电气设备，不适合消费者使用。使用时需要由熟悉处理电气机械组件、系统和子系统的危险和应用风险的技术合格电子专家进行操作，不能作为成品最终产品的全部或部分使用。

5.2 责任和风险

用户需要对联邦、州和地方法规要求有独特的了解，并确保产品的安全性和合规性，以及使用评估板进行的任何活动的安全性。同时，要采取合理的安全措施，确保使用评估板不会导致财产损失、伤害或死亡，并妥善处理和回收评估板的电子组件和包装材料。

5.3 操作说明

操作评估板时，需要在德州仪器推荐的规格和环境条件下进行，超过指定的评估板额定值（包括输入和输出电压、电流、功率和环境范围）可能会导致财产损失、人身伤害或死亡。如果对这些额定值有疑问，在连接接口电子设备（包括输入电源和预期负载）之前，请联系德州仪器的现场代表。任何超出指定输出范围的负载可能会导致意外和/或不准确的操作，以及可能对评估板和/或接口电子设备造成永久性损坏。在连接任何负载到评估板输出之前，请参考评估板用户手册。如果对负载规格不确定，请联系德州仪器的现场代表。在正常操作期间，一些电路组件的外壳温度可能会超过60°C，在靠近这些设备放置测量探头时，需要注意它们可能会很烫。

5.4 法规合规信息

该评估板和/或随附的硬件可能受联邦通信委员会（FCC）和加拿大工业部（IC）规则的约束，具体情况需要参考评估板用户手册和/或评估板本身的说明。对于不受上述规则约束的评估板，仅用于工程开发、演示或评估目的，不被视为适合一般消费者使用的成品最终产品。它会产生、使用并可能辐射射频能量，且未经过测试以符合FCC或ICES - 003规则第15部分规定的计算设备限制。如果设备的操作导致无线电通信干扰，用户需要自行承担费用采取措施纠正干扰。

5.5 日本用户注意事项

如果在日本使用该开发套件，需要遵守日本无线电法的相关规定，如在屏蔽室或其他测试设施中使用、获得测试无线电台许可证或获得技术法规合规认证等。否则，可能会受到日本无线电法的处罚。

Stellaris® LM3S818 controlCARD模块为电子工程师提供了一个强大的开发平台，无论是硬件设计还是软件开发，都有很多值得深入研究的地方。希望通过本文的介绍，能帮助大家更好地了解和使用这款模块。你在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。