工业4.0作为一场制造、产品及服务趋于智能化的技术革命，正在深刻改变传统工业形态。越来越多的高度集成器件参与到工业设备运行中。现代工业离不开具有计算、处理与控制能力的MCU，因其可在有限的空间及电力条件下应用于多种场景，如显示控制、动作控制、实时决策、能量转换等操作都需要MCU来实现。
工业级MCU应用场景范围十分广泛，并对使用寿命、温度、湿度、电磁辐射等有着严格的品质要求。极海半导体长期深耕中高端工控市场，本期就以绝对值编码器、高性能伺服驱动器及变频器方案为例，详细介绍极海半导体32位APM32位工业级MCU在工控领域的出色表现。
智能型绝对值编码器前景可期
随着工业自动化的快速发展，国产编码器技术也不断成熟，绝对值编码器作为运动控制反馈位置回路的关键装置，能将机械运动转换为电信号，提供位置、旋转轴速度、加速度、距离和运动方向等数据，已广泛应用于工业自动化设备、过程控制、工业机器人、医疗设备、精密检测设备等领域中。
复杂的工作环境要求绝对值编码器性能表现优良、长期稳定可靠且耐用，使用MCU开发编码器可灵活设置绝对值编码器分辨率，提高位置精度，大大提升编码器的智能化水平。
根据应用需求、使用环境及成本考量，极海半导体可提供2种绝对值编码器方案：
1. 主要应用于光电式和磁电式绝对值编码器
在该方案中，APM32F103工业级MCU主要用于读取单圈位置、监测电压、计算圈数、实现编码器协议等功能，需要配合编码器单圈芯片使用。
方案1：MCU不做位置解算
2. 主要应用于光电式绝对值编码器
在该方案中，APM32F103工业级MCU主要负责采集光/磁传感器输出的正余弦模拟信号、监测电压、计算圈数、实现编码器协议等功能。
方案2：MCU做位置解算
APM32绝对值编码器方案
• 采用APM32F103工业级主流型MCU，基于Arm® Cortex®-M3内核
• 主频96MHz，Flash 16~512KB，SRAM 6~128KB
• 2个12位高精度ADC，支持16个输入通道，实现高精度动态实时采样
• 2个SPI（最大通信速度18Mbit/s），可快速读写编码器单圈芯片数据
• 3 个USART，其中USART1通信速率4.5Mbit/s，可实现高速可靠的编码器通信协议
• Flash页(1KB)擦除时间≤1.51ms，可替代片外EEPROM读写编码器寄存数据
• 已通过IEC 61508 SIL3功能安全认证，符合工业高可靠性标准
兼具高功率密度、低成本的一体化高性能伺服驱动器平台
伺服驱动器是现代运动控制的重要组成部分，主要通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位，是传动技术的高端产品，被广泛应用于工业机器人、数控机床等自动化设备中。
极海半导体高性能伺服驱动器平台，支持多种先进算法，包括谐振抑制、机械参数辨识、自适应陷波器、分数阶控制、PWM更新等；具备优异的业内性能表现，电流环带宽高达4KHz，速度环带宽大于800Hz；内置百兆EtherCAT，支持高同步周期、低时钟抖动；采用APM32F407+FPGA+IPM 架构，具有强大的二次开发和灵活的拓展空间；支持不同功能的程序分层，明确清晰，易于封装、协同开发和维护。
APM32高性能伺服驱动器方案
• 采用APM32F407工业级高性能MCU，基于Arm® Cortex®-M4内核
• 主频168MHz，Flash 1MB，SRAM 192+4KB，SDRAM 2MB（可选）
• 采用CAN总线实现电机控制指令传输
• 配套上位机调参软件，方便调节参数
• 内置EMMC接口满足与外围FPGA高效通信应用
• 丰富外围器件，支持电机/驱动器/减速机一体化设计，功率密度高
• 采用磁性编码器实现位置反馈，更具抗震、耐腐蚀、高可靠性，结构更简单
APM32F407在伺服驱动器平台中作为主站MCU的作用
• 开关检测，作为人机交互接口，控制伺服电机启停
• 计算生成伺服驱动器的位置给定，如低速/高速、正转/反转的正弦波和斜坡位置
• 担任EtherCAT通信主站，检测从站数量、生成数据帧并通过网口传输出去
• 作为串口通信，在调试时发送部分过程数据，方便数据分析及辅助调试
助力电机降耗节能的变频器
变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。在风机、水泵、中央空调等负载设备上使用变频调速装置有助于降低转速、减少能耗；同时变频器还可应用于传送、起重、挤压和机床等各种机械设备控制领域，有利于提高工艺水平和产品质量，减少设备的冲击和噪声，延长设备的使用寿命。
随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到广泛应用，极海半导体变频器方案可根据电机实际情况提供所需电源电压，进而达到节能、调速的目的。
APM32变频器应用方案
• 采用APM32F407工业级高性能MCU，基于Arm® Cortex®-M4内核
• 主频168MHz，可超频至240MHz，高效运算处理能力
• 支持外部存储器扩展EMMC
• 支持PWM输出和死区保护
• 支持矢量控制、V/F控制
• 高速GPIO处理响应速度
• 3个12位高精度ADC，提高变频器响应速度，精准控制转矩
• 3个12位高精度ADC快速的转换速率，提高变频器响应速度
随着工业智能化、数字化发展，工业应用场景越来越复杂化，这就要求工业设备系统设计更具高效性、稳定性、安全性。极海半导体长期聚焦于工业领域，逐步形成了市场与技术的自身优势，并与合作伙伴在工业应用方案及验证方面实现了充分合作。
目前极海半导体32位APM32工业级MCU已在智能电网、光伏逆变器、充电桩、电梯控制、仪器仪表、工业打印机等领域得到了广泛应用并保持快速增长态势。
来源：Geehy极海半导体
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