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。

图3 Cerebot MC7马达控制板电路图（1）

图4 Cerebot MC7马达控制板电路图（2）

Cerebot MC7马达控制板主要特性

• dsPIC33FJ128MC706A微控制器

•四个24V/5A带电流和电压反馈的半

桥式电路，并提供过电流中断

•电源电压最高24V

• 5V/4A开关电源

•集成的编程/调试电路

• CAN网络接口

•用于Digilent外设模块板的3个Pmod连接器

•八个RC伺服连接器

•两个I2C菊花链连接器

• 256kbits I2C EEPROM

•两个按钮和四个LED

•所有I/O引脚的ESD保护和短路保 护