探索Microchip Motor Control Starter Kit：硬件與軟件的完美融合

作為電子工程師，我們總是在尋找能夠高效開發(fā)和測試電機(jī)控制應(yīng)用的工具。Microchip的Motor Control Starter Kit就是這樣一款出色的產(chǎn)品，它為我們提供了一個便捷的平臺，讓我們可以輕松地進(jìn)行電機(jī)控制和mTouch電容式觸摸應(yīng)用的開發(fā)。今天，就讓我們一起來深入了解這款套件。

文件下載：DM330015.pdf

一、套件概述

Microchip的Motor Control Starter Kit旨在展示低成本16位電機(jī)控制和mTouch設(shè)備的功能和特性。該套件包含了一個板載編程器/調(diào)試器，無需額外的編程器或硬件接口，為開發(fā)工作帶來了極大的便利。套件中的演示應(yīng)用程序軟件可從Microchip網(wǎng)站（http://www.microchip.com）下載，所有項目文件都包含在內(nèi)，方便我們恢復(fù)設(shè)備的原始狀態(tài)或進(jìn)行進(jìn)一步的實驗和評估。

1.1 套件內(nèi)容

• Motor Control Starter Kit Board：核心開發(fā)板，集成了各種功能模塊。
• BLDC motor：提供了一個3相無刷直流電機(jī)（Shinano DR - 29312），用于電機(jī)控制實驗。
• 9V power supply：為開發(fā)板和電機(jī)提供電源。
• USB cable：用于連接開發(fā)板和計算機(jī)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和調(diào)試。

1.2 電氣規(guī)格

1.3 功能與特性

1.3.1 頂部組件

• Microchip dsPIC33FJ16MC102 DSC：提供處理能力，運(yùn)行電機(jī)控制和mTouch應(yīng)用程序。
• Motor connector：用于連接BLDC電機(jī)。
• 9V power connector：接入9V電源。
• 3 - phase inverter：采用Microchip的TC4428雙MOSFET驅(qū)動器，實現(xiàn)電機(jī)的三相驅(qū)動。
• BLDC motor：套件配備的電機(jī)。
• BEMF feedback：通過電阻網(wǎng)絡(luò)測量電機(jī)的反電動勢，為無傳感器控制提供反饋。
• Current feedback：采用單分流拓?fù)?，提供電機(jī)電流反饋。
• Push button：作為用戶輸入設(shè)備。
• Power LED：指示開發(fā)板是否通電。
• Programmer/debugger power LED：指示編程器/調(diào)試器是否通電。
• Capacitive slider：實現(xiàn)電容式觸摸功能。
• User LEDs：可由用戶編程控制，用于顯示不同的狀態(tài)。

1.3.2 底部組件

• Power supply regulators：將9V輸入轉(zhuǎn)換為適合其他組件的電壓，包括3.3V和12V。
• On - board programmer/debugger：通過USB提供編程和調(diào)試功能。
• Programmer/debugger USB connector：連接計算機(jī)和開發(fā)板。

二、軟件描述

2.1 電機(jī)控制應(yīng)用

電機(jī)控制軟件和硬件基于Microchip應(yīng)用筆記AN1160 “Sensorless BLDC Control with Back - EMF Filtering Using a Majority Function”。與標(biāo)準(zhǔn)的AN1160軟件不同的是，dsPIC33FJ16MC102 DSC的內(nèi)部模擬比較器可實現(xiàn)過流故障的即時檢測和PWM輸出的硬件關(guān)閉。電機(jī)電流通過分流器，經(jīng)運(yùn)算放大器放大后輸入到DSC的模擬引腳，該引腳可配置為比較器輸入和ADC輸入。ADC模塊讀取電流值，可實現(xiàn)更復(fù)雜的控制算法，如單分流控制。比較器輸出連接到PWM故障輸入，當(dāng)電流超過軟件設(shè)定的閾值時，PWM立即關(guān)閉。

2.2 mTouch電容式滑塊應(yīng)用

電容式滑塊基于應(yīng)用筆記AN1250 “Microchip CTMU for Capacitive Touch Applications”實現(xiàn)。在Motor Control Starter Kit上實現(xiàn)了一個兩通道的電容式滑塊，每個通道連接到dsPIC33FJ16MC102 DSC的一個模擬輸入。CTMU模塊以固定電流對每個通道的電容充電一定時間，電容值取決于用戶手指在滑塊上的位置。充電結(jié)束后，CTMU模塊停止充電并觸發(fā)ADC采樣和轉(zhuǎn)換電容上的電壓為數(shù)值。通過濾波去除噪聲，根據(jù)預(yù)定義的閾值確定手指的位置，并可通過監(jiān)測兩個通道的數(shù)值變化檢測手指的移動。

2.3 電機(jī)控制與mTouch的集成

dsPIC33FJ16MC102 DSC以最高16 MHz的頻率運(yùn)行，有足夠的資源運(yùn)行電機(jī)控制和mTouch功能。電容式觸摸應(yīng)用需要無噪聲環(huán)境，而電機(jī)控制應(yīng)用中MOSFET的開關(guān)會產(chǎn)生噪聲。為了避免這種干擾，通過減少電容充電時間、增加充電電流并將其與PWM周期同步，確保在MOSFET不開關(guān)時進(jìn)行電容式滑塊測量。DSC的ADC模塊可同時采樣四個不同的模擬通道，三個通道用于電機(jī)反電動勢反饋，一個通道用于CTMU模塊。滑塊的兩個通道在后續(xù)的PWM周期中交替采樣和轉(zhuǎn)換。CTMU模塊使用觸發(fā)器控制電容的充電和停止，確保在采樣電容電壓時沒有PWM開關(guān)事件發(fā)生。

三、硬件介紹

3.1 編程器/調(diào)試器

Motor Control Starter Kit包含一個板載編程器/調(diào)試器電路，通過USB提供連接。該電路與dsPIC設(shè)備硬連接，提供ICSP調(diào)試/編程功能。

3.2 信號配置

dsPIC33FJ16MC102 DSC的各個引腳與開發(fā)板上的信號連接，每個引腳都有特定的功能。例如，AN2/RP0/CN4/RB0作為模擬和比較器輸入，用于電機(jī)電流反饋；PWM1H3/RP10/RB10等引腳作為PWM輸出，控制電機(jī)的運(yùn)行。

3.3 編程器/調(diào)試器組件

• Programmer/ Debugger Power LED：點亮?xí)r表示通過USB為PIC24FJ256GB106 MCU供電，目標(biāo)MCU可設(shè)置為調(diào)試模式。
• On - board Programmer/ Debugger：控制目標(biāo)dsPIC33FJ16MC102 DSC的編程/調(diào)試操作。
• Programmer/ Debugger USB Connector：提供系統(tǒng)電源和主機(jī)PC與開發(fā)板之間的雙向通信。

3.4 應(yīng)用組件

• dsPIC33FJ16MC102 DSC：提供處理能力，具有16 Kbytes的閃存程序存儲器和1 Kbyte的RAM，使用片上FRC振蕩器和PLL作為時鐘源。
• Motor Connector：通過6針連接器連接BLDC電機(jī)。
• 9V Power Connector：連接9V電源，為DSC和電機(jī)控制電路供電。
• 3 - Phase Inverter：采用Microchip的TC4428雙MOSFET驅(qū)動器，實現(xiàn)低電壓控制側(cè)和功率側(cè)的接口。
• BLDC Motor：Shinano DR - 29312電機(jī)，具有特定的額定參數(shù)。
• BEMF Feedback：通過電阻網(wǎng)絡(luò)測量電機(jī)的反電動勢。
• Current Feedback：單分流拓?fù)?，提供電機(jī)電流反饋。
• Push Button：作為用戶輸入設(shè)備。
• Power LED：指示DSC是否通電。
• Capacitive Slider：實現(xiàn)電容式觸摸功能。
• User - programmable LEDs：可由用戶編程控制，用于顯示不同的狀態(tài)。
• Power Supply Regulators：將9V輸入轉(zhuǎn)換為3.3V和12V，分別為DSC和電機(jī)驅(qū)動電路供電。

3.5 板載連接器

• J1：mini - B USB連接，用于連接編程器/調(diào)試器和主機(jī)計算機(jī)。
• J2：ICSP編程接口連接器，用于編程PIC24FJ256GB106 MCU的USB - to - UART橋。
• J3：9V電源輸入。
• J4：ICSP編程接口連接器，用于編程dsPIC33FJ16MC102 DSC。
• J5：BLDC電機(jī)連接器。

3.6 指示器和人機(jī)界面

• S1：按鈕，按下時將相應(yīng)的端口引腳接地。
• D2：USB總線指示器，指示設(shè)備是否連接到USB總線且編程器/調(diào)試器已通電。
• D4：電源指示燈，指示開發(fā)板是否由9V電源供電。
• D5 - D7：用戶可編程LED，端口引腳置高時點亮。
• Slider A - B：兩通道電容式滑塊，每個通道連接到一個模擬輸入引腳。

3.7 測試點

• MOTOR_CURRENT：電機(jī)電流反饋（2.5 V/A）。
• GND：四個接地測試點。
• M1_V, M2_V, M3_V：三相反電動勢電壓反饋（148 mV/V）。
• PWM1Hx/PWM1Lx：三個互補(bǔ)PWM對。

四、總結(jié)

Microchip的Motor Control Starter Kit為電子工程師提供了一個全面的開發(fā)平臺，無論是電機(jī)控制還是mTouch電容式觸摸應(yīng)用，都能在這個套件上得到很好的實現(xiàn)。其豐富的功能和便捷的開發(fā)環(huán)境，使得我們可以快速地進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)和測試。你是否也想嘗試使用這個套件來開發(fā)自己的電機(jī)控制項目呢？不妨動手實踐一下，相信會給你帶來不一樣的體驗。