能效并舉的運動控制
出于競爭需要,半導體供應商們熱衷于不斷滿足高級電機控制的各種需求,這也為運動控制工程師創造了極為豐富的選擇機會。許多供應商可以提供結合了單片機(MCU)和數字信號處理器(DSP)雙重功能的集成芯片(IC),而不像其他競爭者那樣只能提供單一功能,這類兼收并蓄的設計既具備MCU的控制能力,又具備DSP的信號處理功能。數字信號控制器(DSC)可以應對運動控制以及其他功率控制應用的特殊需求,同時新型單片機和其他運動控制專用芯片也可以提供更多的設計選擇。
飛思卡爾半導體公司的56F8013 數字信號控制器
飛思卡爾(Freescale)的56F8013擁有一個16bit的數字信號控制器內核,具備每秒鐘3200萬條指令(32MIPS)和單周期乘法累加器等運行能力。該器件采用Harvard結構,由三組可并行操作的執行單元構成,因而每個指令周期可以執行多達6條操作。為滿足運動控制的應用需求,該器件擁有具備可編程故障處理能力的96MHz PWM發生器和1.125微秒轉換速率的12-bit模擬數字轉換器(ADC)。16kbytes的程序Flash存儲器和4kbytes的程序/數據隨機存儲器(RAM)可以在全溫度范圍(-40℃~+105℃)內以32MHz全速(零等待)存取。56F8013采用32引腳的低截面方形扁平封裝(LQFP)。56F8000系列數字信號控制器的開發支持工具為CodeWarrior Development Studio Special Edition (包括 Processor Expert) 。其目標應用領域包括工業和儀器設備電機控制以及電源和照明控制等。

PMD公司的 MC73110 IC
Performance Motion Devices(PMD)公司的MC73110運動控制芯片通過串口、SPI接口或者模擬指令等方式與微處理器或控制器等主機協同工作,可以為無刷直流電機控制提供高性能的數字電流環、速度環和電子換相等功能。在速度控制模式下,該芯片既可以通過正交編碼器以高達10Mcounts/s的計數速度獲取速度反饋信息,也可以通過內部的10-bit模擬數字轉換器直接處理來自旋轉變壓器的模擬信號從而獲取速度反饋信息;其速度控制指令可以來自內部速度曲線發生器、16-bit SPI數據流或者直接輸入的模擬信號等。在力矩控制模式下,芯片采用外部力矩指令信號。該芯片具有六路開關頻率為20kHz的PWM輸出,可以直接驅動三組IGBT或MOSFET半橋功率放大器,并具備橋臂貫穿短路保護功能。其封裝形式為64引腳塑料四角扁平封裝(PQFP)。MC73110的目標為半導體自動化、醫療自動化,以及其他需要高性能、低成本無刷電機驅動的應用領域。

Microchip公司 dsPIC30F3010 數字信號控制器
微芯(Microchip)公司的dsPIC30F3010數字信號控制器處理能力為20MIPS,性能更高的dsPIC30F3011處理能力為30MIPS。兩種芯片都具有24 kbytes的FLASH程序存儲器,使用內部振蕩器時,可以全速運行。附加的存儲器包括用于數據存儲的1kbyte SRAM和1 kbyte長效EEPROM。其電機控制功能包括六通道電機控制專用PWM輸出,高達9個信號通道和每秒一百萬次數據采樣率的10-bit ADC,5路16-bit定時器,以及一個正交編碼器接口。通訊接口包括SPI,I2C和兩路UART(dsPIC30F3010只有1路UART)。dsPIC30F3010可以選用28引腳的SDIP或SOIC封裝,或者44引腳的QFN封裝。微芯公司最近在其開發系統支持工具中新增了PICDEM MC LV 開發板,以支持采用dsPIC30F3010開發和調試有傳感器或無傳感器的無刷直流電機控制算法。

NEC公司的V850E2/ME3 MCU
NEC公司的V850E2/ME3是一款具備足夠性能的通用MCU,適用于包括電機控制在內的諸多應用領域。其超標量體系結構和7級流水線使得這款32-bit RISC單片機在200MHz的運行頻率下可以達到400MIPS的強大性能,從而能夠在單一時鐘周期內同步執行兩條指令。其存儲器包括168kbytes的高速指令RAM,8kbytes的指令緩存,以及8kbytes的數據緩存。其他特性包括12通道的16-bit定時/計數器和8通道的10-bit分辨率ADC。V850E2/ME采用24×24mm的176引腳QFP封裝。單片機設計支持工具包括在線仿真器,編譯器和調試器。目標應用包括空調系統用逆變器等。

德州儀器(TI)公司的TMS320-F280x數字信號控制器
TI公司的TMS320F28x系列數字信號控制器采用32位內核,以及專門為電機控制、數字電源變換和智能傳感器控制等應用而優化的外圍設備。這款高性能控制器擁有100MIPS的32位DSP處理能力,其脈沖寬度調制器(PWM)可以在調制頻率為100kHz時提供16-bit精度、1MHz時提供12-bit精度,高分辨率的PWM意味著更快的瞬態響應以及更小的脈動幅值。其ADC具有16個復用的輸入通道、 12-bit分辨率和160ns或6.25MSPS的吞吐能力。所有器件都可以選用100引腳的LQFP封裝和100焊球的BGA封裝。主要應用在工業、儀器儀表、汽車、醫療和消費領域等。

NEC公司的78K0/Fx系列MCU
NEC公司的78K0/Fx系列MCU采用8-bit單片機內核,以及專門為汽車車身應用定制的獨具特色的外圍設備。電機控制專用的外圍設備包括多達16通道的模擬數字轉換器、兩個16-bit定時器以及4個8-bit定時器。器件具有一個240kHz的環形振蕩器,可以作為內部看門狗定時器的時鐘源,從而節省外部邏輯資源。該系列單片機的存儲器容量范圍為32到60 kbytes的Flash和高達3kbytes的RAM。設計支持工具包括使用USB2.0接口與系統開發計算機連接的IECUBE在線仿真器以及MINICube實時仿真器。78K0/Fx系列的封裝形式有44、64和80引腳的四角扁平封裝(QFP)。在汽車車身電子系統中的應用目標包括反光鏡控制、門控以及天窗控制等。 (end)