dsPICDEM? MCSM開發(fā)板使用指南

一、引言

在電機(jī)控制領(lǐng)域，開發(fā)板的選擇至關(guān)重要。Microchip的dsPICDEM MCSM開發(fā)板為控制單極和雙極步進(jìn)電機(jī)提供了一個(gè)靈活且經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。它無需硬件配置更改，就能適應(yīng)不同類型的步進(jìn)電機(jī)，并且可以與Microchip的dsPIC33F電機(jī)控制數(shù)字信號控制器（DSC）配合使用。

文件下載：DM330022.pdf

1.1 概述

dsPICDEM MCSM開發(fā)板通過dsPIC33F設(shè)備利用MOSFET驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩個(gè)全橋逆變器，為電機(jī)繞組供電。該開發(fā)板支持高達(dá)80V的終端電壓和3A的電流，具備多種電路，可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組、測量反饋和模擬信號以及與主機(jī)或外部設(shè)備通信等功能。

1.2 特點(diǎn)

• 設(shè)備支持：支持28 - 100引腳的dsPIC33FJ系列PIM，包括dsPIC33FJ12MC202、dsPIC33FJ32MC204、dsPIC33FJ128MC804和dsPIC33FJ256MC710等。
• 電機(jī)控制接口：擁有兩個(gè)全橋逆變器、兩個(gè)相電流感測電阻、直流母線電壓感測電阻和過流保護(hù)。
• 輸入/輸出控制開關(guān)：配備一個(gè)按鈕、復(fù)位按鈕、10kΩ電位器、PWM輸出LED指示燈和過流LED指示燈。
• 通信端口：支持通過USB進(jìn)行UART通信。
• 內(nèi)置電源：提供15V（最大功率11W）和3.3V（最大功率2W）電源。
• 電源和編程連接器：包括24V電源輸入連接器、輔助電源接頭和多種編程連接器。

1.3 包含內(nèi)容

開發(fā)板有兩種配置：dsPICDEM MCSM開發(fā)板和dsPICDEM MCSM開發(fā)板套件。兩者都包含開發(fā)板、dsPIC33FJ32MC204插件模塊、USB - mini - USB電纜、螺絲刀和CD ROM，套件還額外配備24V電源和Leadshine步進(jìn)電機(jī)。

1.4 參考文檔和網(wǎng)絡(luò)研討會

除了推薦閱讀的文檔外，Microchip還提供了如“Stepping Motors Fundamentals”等應(yīng)用筆記和步進(jìn)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)研討會，可從Microchip網(wǎng)站或當(dāng)?shù)劁N售辦公室獲取。

二、入門指南

2.1 開發(fā)板設(shè)置

在連接電機(jī)之前，務(wù)必確保電機(jī)的功率額定值不超過開發(fā)板的功率額定值，并檢查配置電阻是否與固件和安裝的dsPIC DSC設(shè)備相匹配。以下是運(yùn)行演示軟件的設(shè)置步驟：

1. 將開發(fā)板放置在堅(jiān)固的絕緣平臺上。
2. 確保dsPIC33FJ32MC204設(shè)備或合適的PIM安裝在相應(yīng)的插槽中。
3. 將步進(jìn)電機(jī)（42HS03）連接到J8，按照雙極串聯(lián)連接方式連接電機(jī)相位。
4. 將24V電源連接到J6。
5. 按下S1運(yùn)行電機(jī)。
6. 使用電位器調(diào)節(jié)電機(jī)速度。
7. 按下S1切換步進(jìn)模式，超過256微步設(shè)置后停止電機(jī)，再次按下S1重復(fù)循環(huán)。

2.2 編程和調(diào)試應(yīng)用代碼

以下是在調(diào)試模式下對開發(fā)板進(jìn)行編程的步驟：

1. 將開發(fā)板放置在堅(jiān)固的絕緣平臺上。
2. 確保dsPIC33FJ32MC204設(shè)備或合適的PIM安裝在相應(yīng)的插槽中。
3. 將步進(jìn)電機(jī)（42HS03）連接到J8，按照雙極串聯(lián)連接方式連接電機(jī)相位。
4. 將24V電源連接到J6。
5. 將PICkit? 3、MPLAB? ICD 3或MPLAB REAL ICE?連接到計(jì)算機(jī)和開發(fā)板的J1或J2。
6. 將USB電纜連接到J4和計(jì)算機(jī)。
7. 從Microchip網(wǎng)站下載dsPIC33FJ32MC204的代碼。
8. 構(gòu)建項(xiàng)目并將程序下載到處理器中。
9. 在調(diào)試模式下點(diǎn)擊運(yùn)行圖標(biāo)。

三、硬件解析

3.1 硬件架構(gòu)

dsPIC DSC設(shè)備具有8通道、高速PWM互補(bǔ)模式輸出、可編程ADC觸發(fā)、數(shù)字死區(qū)控制、內(nèi)部直通保護(hù)和硬件故障關(guān)機(jī)等特性，非常適合高性能步進(jìn)電機(jī)控制應(yīng)用。

3.1.1 功率級

開發(fā)板采用兩個(gè)全橋逆變器來驅(qū)動(dòng)雙極步進(jìn)電機(jī)。MOSFET柵極信號由15V永久電源供電，全橋逆變器可由高達(dá)80V的電源供電。MOSFET驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置直通保護(hù)和固定死區(qū)時(shí)間，以保護(hù)功率級。

3.1.2 電流感測

使用兩個(gè)分流電阻進(jìn)行電流感測，放大器電路設(shè)計(jì)有VREF = AVDD/2的偏移，允許讀取正負(fù)電流，最大電流范圍為±2.2A。通過特定公式計(jì)算放大器增益，默認(rèn)增益值為0.75 V/A。直流母線電壓通過簡單的電阻分壓器測量。

3.1.3 故障保護(hù)

開發(fā)板具備過流故障檢測功能，當(dāng)相電流超過安全值（默認(rèn)1.7A）時(shí)，會觸發(fā)PWM關(guān)機(jī)。故障LED（D15）在電機(jī)繞組出現(xiàn)過流時(shí)點(diǎn)亮，但在內(nèi)部故障電路關(guān)閉PWM引腳后可能不可見。

3.2 PIM配置

dsPICDEM MCSM開發(fā)板支持多種PIM，包括dsPIC33FJ256MC710、dsPIC33FJ12MC202、dsPIC33FJ32MC204和dsPIC33FJ128MC804。不同PIM的引腳配置和電阻設(shè)置有所不同，具體可參考相關(guān)表格。

3.3 開發(fā)板連接器

• 輸入電源連接器（J6，BP1 - BP2）：開發(fā)板的控制電路由+24V電源供電，功率級直流母線電壓可通過J6或BP1 - BP2連接器連接。
• 直流母線電源供應(yīng)連接器（J5和J7）：通過跳線設(shè)置可選擇不同的電源供應(yīng)方式。
• USB接口（J4）：開發(fā)板使用PIC18接口作為UART和USB之間的橋梁，對于具有嵌入式USB端口的dsPIC DSC設(shè)備，可進(jìn)行相應(yīng)的電阻配置。
• dsPIC DSC的ICSP連接器（J1/J2）：用于連接MPLAB ICD 3、MPLAB REAL ICE或PICkit 3進(jìn)行編程和調(diào)試。
• PIC18的ICSP連接器（J3）：用于對PIC18F設(shè)備進(jìn)行編程。
• 電機(jī)連接器（J8）：有八個(gè)端子，可適應(yīng)各種電機(jī)配置。
• 測試點(diǎn)：可用于檢查各種信號，如POT信號、15V和3.3V電源、電機(jī)電流等。

3.4 用戶界面硬件

開發(fā)板包括一個(gè)按鈕、一個(gè)電位器、八個(gè)PWM LED、一個(gè)電源狀態(tài)LED、兩個(gè)USB LED、一個(gè)故障LED和一個(gè)設(shè)備復(fù)位按鈕。

四、故障排除

4.1 常見問題及解決方案

• USB連接失?。―MCI）：當(dāng)出現(xiàn)DMCI連接失敗，琥珀色和綠色LED亮起時(shí)，可先斷開USB電纜，再重新連接。
• 開關(guān)噪聲：使用步進(jìn)電機(jī)時(shí)會出現(xiàn)開關(guān)噪聲，可通過將探頭連接到所需信號和地并進(jìn)行除法運(yùn)算來正確測量信號。

五、總結(jié)

dsPICDEM MCSM開發(fā)板為步進(jìn)電機(jī)控制提供了一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的平臺。通過了解其硬件架構(gòu)、正確進(jìn)行開發(fā)板設(shè)置和編程調(diào)試，以及掌握故障排除方法，電子工程師可以更好地利用該開發(fā)板進(jìn)行電機(jī)控制應(yīng)用的開發(fā)。你在使用這款開發(fā)板的過程中遇到過哪些有趣的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享。