微控制器

微控制器(Microcontroller,简称MCU)是一种小型计算机系统,通常被用于嵌入式系统中,用于控制各种电子设备和系统。它是一种集成电路(IC),包含了处理器核心、内存、输入/输出引脚、定时器、计数器、串口通信和其他外设,用于执行特定的任务。

2024年8月19日,第四届滴水湖中国RISC-V产业论坛(简称“滴水湖论坛”)在上海浦东滴水湖洲际酒店盛大召开。上海先楫半导体科技有限公司(先楫半导体,HPMicro)携其最新发布的中国首款拥有德国倍福公司(Beckhoff) 正式授权EtherCAT从站控制器(ESC:EtherCAT Slave Controller) 的高性能RISC-V内核微控制器——HPM6E00系列芯片亮相会议现场,并在论坛进行了产品优势宣讲的分享。

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本次论坛由中国(上海)自由贸易试验区临港新片区管委会指导,上海开放处理器产业创新中心、芯原微电子(上海)股份有限公司共同主办。会议集中推介十款代表中国先进IC设计水平的国产芯片,与市场应用需求紧密结合。先楫携HPM6E00系列芯片及应用Demo亮相活动现场,收获多方关注。

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在活动现场的演讲分享中,上海先楫半导体科技有限公司CTO赵建斌表示,HPM6E00系列的RISC-V双核支持双精度浮点运算及强大的DSP扩展,主频超过600MHz,性能超过6780CoreMarkTM和3420DMIPS。HPM6E00系列将EtherCAT与其他高速以太网,以及先楫之前成功应用的高性能运动控制外设结合在一起的产物,应用场景包括交流伺服、工业电机、运动控制器、远程I/O、逆变器、机器人、传感器集线器、工业网关、工业以太网单元/模块、建筑智能化网络等。

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EtherCAT技术以其实时性、同步性和高效性在中国工业领域有广泛的应用,但使用的MCU芯片均被国外品牌垄断,先楫半导体HPM6E00这款产品正好填补了这块市场空白。HPM6E00系列产品实现了高性能MCU与高实时性、低延时工业以太网的完美结合,能够赋能行业客户在工业自动化领域大展拳脚,实现高性能伺服电机控制、机器人运动控制、数据传输系统和监控系统等多样化应用落地开花。

来源:先楫半导体HPMicro

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全新的MCX A系列融合了恩智浦通用MCU的特点,适用更为广泛的通用应用,实现了低成本,低功耗,高安全性和高可靠性。

针对工业方面的应用需求,很多需要提供对编码器的支持,全新MCX A系列MCU集成了片上eQDC模块,新版的eQDC模块在以往强大功能的基础上又进行了升级。具体框图如下所示:

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图1 eQDC模块框图

eQDC的功能概述

eQDC是专门针对于正交编码器进行正交解码的外设模块,其包含了一个用于正交解码的32位计数器,使其能够适用于超高线数编码器。具有专门用于转速检测的位置差计数器、位置差时间计数器与边沿时间计数器,因此能够很容易完成转速的关键信息测量。同时还具有可用于进行位置伺服控制的转数计数器。正交编码器目前支持X1,X2,X4工作模式。

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图2  正常正交编码X1 模式

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图3  正常正交编码X2 模式

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图4  正常正交编码X4 模式

MCX A系列所集成的eQDC模块,计数模式非常灵活,除了支持传统的正交编码器信号输入,也支持常规伺服脉冲输入信号,例如方向/脉冲信号输入和CM/CCM信号输入。对于这类信号的处理,传统方式需要通过FPGA来实现,eQDC模块的增强功能能够有效支持这类计数模式,大大扩展了eQDC的应用范畴。

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图5  方向/脉冲计数模式

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图6  CM/CCM计数模式

MCX A系列所集成的eQDC模块,除了可以支持常规的正交编码器输入信号,如PHASHEA,PHASHEB,INDEX,HOME等信号,还支持多个外部输入信号,例如可以通过ICAP[3:1]对应的IO信号输入,有效捕获并锁存具体位置点的32位位置计数值(POS),并且对于外部输入信号,也可以通过配置所搭载的Glitch Filter,有效滤除输入信号中的干扰。

eQDC模块也支持多种事件信号输出,如用户内部预设计数值与当前位置计数寄存器(POS)值匹配的时候,POS_MATCH[3:0]信号输出有效。当用户设定比较值功能的时候,则在当前位置计数寄存器(POS)值符合相应的比较条件时,COMP_FLG[3:1]信号输出有效,此外还有DIR信号可配置为输出当前计数增减方向。

eQDC模块内部也集成了16位的旋转转数计数器,有效记录正反转的累积圈数。对伺服位置控制有较大用处。

eQDC的测速方法

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图7 eQDC的计数框图

针对eQDC模块测量速度的方案可以使用M/T法为例,正交解码模块中有五种不同的计数器,其中POSDH、POSDPERH作为关键寄存器可直接用于提取软件测速周期间隔之间的脉冲边沿数,及与此对应的脉冲边沿间的高频时钟计数。

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图8 eQDC的M/T法测速原理

图中A,B为编码器正交脉冲边沿,下面给出了寄存器在进行测速时的计数方式,POSD寄存器能够准确读出在两个POSD读取指令间脉冲边沿计数,POSDH寄存器能够获得两次POSD读取之间的脉冲边沿计数(对应图中E(k),用于距离测量),而LASTEDGEH寄存器代表了上一编码器脉冲边沿至POSD读取时刻间的高频时钟计数,用于补偿高频脉冲计数时间。

在进行POSD读取的T1(图中speed loop(k-1))时刻,将此时LASTEDGEH值作为POSDPER重新开始计数的初值。而后每次出现脉冲边沿都将POSDPER当前值暂存到POSDPERBFR寄存器,直到下一次POSD读取的T2(图中speed loop(k))时刻,POSDPERBFR寄存器值存入POSDPERH保持寄存器,该值代表两次POSD读取前的脉冲边沿之间的高频时钟计数(对应图中M(k),用于时间测量)。由此获得的时间和距离可根据公式计算得到当前速度。

今天为大家带来MCXA153系列MCU正交解码模块的特点和应用示例,更多详细信息可访问恩智浦官网查看最新的MCXA微处理器数据手册。https://mcuxpresso.nxp‍.‍com/下载相应例程学习与参考。

来源:恩智浦MCU加油站

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概要

在技术领域不断演进的背景下,对紧凑、高效和多功能微控制器单元(MCU)的需求持续飙升。随着我们身处一个越来越依赖智能设备和物联网应用的世界,对先进传感能力的需求变得日益明显。让我们来深入了解一下RL78/G23 MCU,一款超越传统功能的单芯片MCU。

RL78/G23微控制器是RL78系列的新一代产品,CPU工作时的功耗为41μA/MHz,STOP(保持4KB SRAM)时的功耗为210nA,其低功耗在业内首屈一指。此外,由于采用SNOOZE模式定序器,它还能大幅度减少间歇动作的功耗。最大工作频率为32MHz,1.6V-5.5V的工作电压范围相当宽泛,引脚封装为30-128脚,配备最大768KB的闪存。

除了扩展的模拟功能和安全功能之外,它还在传统的事件控制器(ELC)上追加了逻辑功能,内置逻辑和事件链接控制器(ELCL),在RL78系列产品中首次内置电容传感器单元(CTSU2L)。

它为用户提供丰富的开发环境,例如:无需额外工具,只连接USB线即可编写/调试程序的评估板(快速原型开发板);用于轻松设计GUI的Smart Configurator等。它与现有的RL78系列产品兼容,可以无缝替换,并且能够广泛应用于家用电器、消费类设备到工业设备。

RL78/G23

https://www.renesas.cn/cn/zh/products/microcontrollers-microprocessors/rl78-low-power-8-16-bit-mcus/rl78g23-new-generation-rl78-general-purpose-microcontrollers-further-refined-low-power-performance-and 

如何利用MCU实现接近式磁感应技术

在追求创新的过程中,微控制器单元(MCU)已经超越了单纯的处理器,成为实现复杂传感技术的不可或缺的组成部分。其中一个备受瞩目的进步就是基于感应的接近传感器。这种变革性的方法是依靠电磁场应效应来检测物体的存在与否,而无需物理性接触。

其核心是,基于电磁感应原理运行的感应接近传感。传感器中的线圈产生电磁场,当物体进入该电磁场时,会引起电磁场的变化。然后,这个变化被微控制器检测并解释,从而实现精确的接近测量。在这里,微控制器充当操作背后的大脑,执行和安排基于感应接近传感的整个过程。它快速处理数据,并实时执行复杂算法,对于确保准确和响应迅速要求的接近检测应用至关重要。以下是微控制器如何利用这种创新性的感应传感技术及方法:

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图1:MCU的优势对传感应用的优化

RL78/G23是一款性能卓越的单芯片微控制器单元(MCU),适用于多种应用中的位置、动态和接近式的检测。本文将重点探讨如何运用基于感应式的接近传感技术,以及RL78/G23所具备的主要特性和功能,它们使其成为感应接近式传感应用的理想选择。实际上,许多物联网应用都需要从位置、动态和接近三合一中检测,而RL78/G23MCU则提供了高度优化的集成解决方案,以满足这些需求。

RL78/G23 MCU具备优化的架构与专属的外设,乃是达成感应式接近传感的最优之选。其高能效的设计,以及丰富的功能,使之成为需要无缝集成方位、动态以及接近式检测应用的可信之选。

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表1:瑞萨RL78/G23的主要特性

上面介绍了如何利用MCU实现接近式磁感应技术,接下来将介绍RL78/G23用于感应式接近传感应用的主要特性。

RL78/G23用于感应式接近传感应用的主要特性

RL78/G23具备需要为高精度与高效率设计的应用,是用于方位感应、动态和接近传感平稳协调应用的理想之选。

下图展示了新一代RL78通用微控制器的特性/功能,具有进一步改良的低功耗性能以及可拓展的外设功能。

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图2:RL78/G23的扩展功能框架图

于上述内容所带来的启示,下面就让我们来研究一下RL78/G23是怎样成为这些高级应用的理想之选吧。

1、优化的设计架构(参考图5)

a. 可旋转的传感器并集成LED指示灯;

b. 独立平面铁氧体磁芯线圈加持的按钮;

c. 外部线圈专属连接端口;

d. PMOD连接端口(Type 2A- expanded SPI and Type 4A- expanded UART用于系统配置)配备额外的可配置电阻选项,可将其中任何一种连接方式转换为I2C;

e. 低功耗模式;

f. 可供选择的电源供电选项——硬币电池、+5V micro-USB或+12V直流连接端口。

RL78/G23 MCU具有为低功耗应用设计的优化架构,且并未影响性能。此种架构保障了基于感应的接近传感算法的高效施行,在响应性与节能间达成了兼顾。

2、集成模拟前端(AFE)

基于感应的接近传感极度倚仗精确的模拟信号处理。RL78/G23的集成AFE在保障模拟信号精确可靠转换上发挥出了极为关键的作用。片内比较器运用简单的二进制检测“目标存在”或“不存在”,而非繁杂的信号处理。RL78/G23内置AFE监测电磁场的衰变,借由分析传感器电磁场的变化来探明目标的存在与否。逐次逼近法能有效估量目标距离,无需较高的处理能力。

如此,系统设计更为简易,使用的外部元件更少,进而降低了成本并优化了性能。即便应用于极具挑战的环境中,也能施行精准可靠的接近检测,与此同时,消减了多于的组件和材料(BOM),从而实现了极大程度的成本降低。AFE为设计人员提供了构建高效、经济且易于部署的感应式接近传感解决方案所需的工具。

3、专用计时器单元

接近式传感往往需要针对数据采集与信号处理实施精确定时。RL78/G23 MCU配置了专用的32位低功耗定时器单元,有益于达成精确的定时操控。这些定时器增进了MCU 与如旋转、平面和铁氧体传感器组等电感式传感器同步的能力,进而达成了高效的同步接近测量。一旦结束所有组的扫描,STOP模式就会被激活,直至间隔定时器中断被激活并开启另一组测量。

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图3:扫描顺序和测量机制

4、高速数据处理

时间敏感型应用需要具有快速数据处理能力的MCU方可。RL78/G23内置32MHz的高速时钟,能够迅速执行指令。它在高速数据处理上表现卓异,可切实保证对电感式传感器输出予以实时的分析。这种能力对于那些需要针对接近式变化做出瞬时响应的应用而言,是极其重要的。

5、低功耗

能效乃是RL78/G23设计的基石所在。其低功耗对于那些长时间需使用电池供电的至关重要的应用大有裨益。RL78/G23具备一个高速时钟,利用片内高速振荡器配置成32MHz,而该振荡器即为CPU和大多数其他外设的时钟源。用于控制扫描周期的低功耗定时器采用频率为32.768kHz的外部XT1晶体振荡器。

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图4:RL78/G23智能低功耗休眠功能

RL78/G23 MCU能够在低功耗模式下工作,同时保持响应速度,因此更适合电池供电设备。

6、丰富的周边设备

RL78/G23具备丰富的外设,当中包含通信接口以及通用I/O。

这种多功能性,让开发人员得以实现定制功能,且能与其他元件无缝衔接,进而拓展了基于电感的接近式感应的应用范围。

7、强大的生态系统和开发支持

瑞萨作为RL78/G23的制造商,提供了强劲的开发工具以及资源生态系统。其中包含开发套件与文档的全方位支持,使得工程师能够在其接近传感应用中,充分发掘RL78/G23的潜力。

总结

总的来说,RL78/G23集成了先进的模拟功能、低功耗特性以及丰富的外设组件,非常适合各种检测应用。它的接近式传感应用注重精度和响应速度,涵盖了从智能家居设备到工业自动化等各个领域。

展望未来,微控制器与基于感应式接近传感的协同应用将呈现指数级增长。RL78/G23依托强大的生态系统和开发支持,为持续创新打下了坚实的基础。瑞萨在推动MCU的动态发展方面处于领先地位,引领我们进入由这些设备塑造的互联、传感器驱动的未来世界,并在其中发挥核心的作用。

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图5:电感应接近式传感器屏蔽套件

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图6:硬件框架图

References

• RL78/G23–外围功能得到进一步扩展,低功耗性能也有所提升的新一代微控制器。

• RL78/G23 Inductive Proximity Sensor Shield Kit – RL78/G23 64-pin Fast Prototyping Board (FPB)合适的感应式接近传感扩展板。

RL78/G23

https://www.renesas.com/us/en/products/microcontrollers-microprocessors/rl78-low-power-8-16-bit-mcus/rl78g23-new-generation-rl78-general-purpose-microcontrollers-further-refined-low-power-performance-and 

RL78/G23 Inductive Proximity Sensor Shield Kit

https://www.renesas.com/us/en/products/microcontrollers-microprocessors/rl78-low-power-8-16-bit-mcus/y-dkprox-sensor-shield-rl78g23-rl78g23-inductive-proximity-sensor-shield-solution-board 

来源:

瑞萨嵌入式小百科(使用单芯片微控制器单元实现方位、动态、接近式传感功能(上))

瑞萨嵌入式小百科(使用单芯片微控制器单元实现方位、动态、接近式传感功能(下))

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全球功率系统和物联网领域的半导体领导者英飞凌科技股份公司(FSE代码:IFX / OTCQX代码:IFNNY)近日推出全新的AIROC CYW5591x无线微控制器(MCU)产品系列。新系列整合了强大的长距离Wi-Fi 6/6E与低功耗蓝牙5.4以及安全的多功能MCU,使客户能够为智能家居、工业、可穿戴设备和其他物联网应用打造成本更低且节能的小尺寸产品。该平台具有很高的灵活性,能够加快客户产品的上市速度。这离不开英飞凌的ModusToolbox™软件、RTOSLinux主机驱动程序、经过全面验证的蓝牙协议栈和多个示例代码、支持Matter软件,以及英飞凌全球合作伙伴的支持。

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CYW5591x无线MCU

英飞凌科技股份公司Wi-Fi产品副总裁Sivaram Trikutam表示:“作为物联网领域的半导体领导者,英飞凌在全球部署了超过10亿台Wi-Fi设备,致力于通过将产品连接到云的低功耗解决方案推动低碳化和数字化进程。凭借我们简单易用的软件以及业界领先的无线性能和极低的功耗,客户可以使用AIROC™ CYW5591x无线MCU系列打造一流的物联网产品。”

这个灵活的无线MCU系列既可用作物联网设备的主处理器,也可用作更复杂设计中的子系统,为物联网应用提供无线连接功能。该系列目前有三个版本:用于三频的CYW559132.4/5/6 GHz)、用于双频的CYW559122.4/5 GHz)和用于单频的CYW559112.4GHz)。

主要特点

新产品系列的其他主要特点包括:

  • 带有TrustZone® CC312Arm® Cortex® M33 192MHzMCU,具有768 KB SRAM

  • 带有XIP的四路SPI,可对FLASHPSRAM进行实时加密/解密

  • 1x1 三频(2.4/5/6 GHz20MHz Wi-Fi 6/6E802.11ax

  • 高达+24 dBmWi-Fi发射功率,相较同类产品拥有更长的传输距离

  • 支持6 GHzWi-Fi 6E)绿地频谱,可降低拥塞和延迟

  • 支持Matter-over-Wi-Fi

  • 低功耗蓝牙5.4支持低功耗蓝牙2 Mbps、长距离低功耗蓝牙、广播扩展以及长距离低功耗蓝牙的广播代码选择

  • 低功耗蓝牙的范围和功率得到优化,发射功率高达+19 dBm

  • 长距离低功耗蓝牙灵敏度为-111.5 dBm,相较同类产品更加出色

  • 广泛的外设和GPIO支持:3xSCBI2C/SPI/UART)、TCPWM7 通道12 ADC、数字麦克风支持、TCMI2S/PCM)和多达47GPIO

  • AESRSAECCECDHAECDSA信任根的硬件支持

  • 支持全生命周期管理、带固件验证和加密功能的安全启动、防回滚、加密密钥建立以及管理的多层安全性

  • PSA 2 级认证

英飞凌通过广泛的模块和平台合作伙伴生态系统,满足客户的特定应用要求,从而使业务开展变得更加轻松。

供货情况

英飞凌现已向客户提供CYW55913/2/1样品。了解更多信息,敬请联系CYW5591x-ContactUs@infineon.com

关于英飞凌

英飞凌科技股份公司是全球功率系统和物联网领域的半导体领导者。英飞凌以其产品和解决方案推动低碳化和数字化进程。该公司在全球拥有约58,600名员工,在2023财年(截至930日)的营收约为163亿欧元。英飞凌在法兰克福证券交易所上市(股票代码:IFX),在美国的OTCQX国际场外交易市场上市(股票代码:IFNNY)。

更多信息请访问http://www.infineon.com

更多新闻请登录英飞凌新闻中心https://www.infineon.com/cms/cn/about-infineon/press/market-news/

英飞凌中国

英飞凌科技股份公司于1995年正式进入中国大陆市场。自199510月在无锡建立第一家企业以来,英飞凌的业务取得非常迅速的增长,在中国拥有约3,000多名员工,已经成为英飞凌全球业务发展的重要推动力。英飞凌在中国建立了涵盖研发、生产、销售、市场、技术支持等在内的完整的产业链,并在销售、技术研发、人才培养等方面与国内领先的企业、高等院校开展了深入的合作。

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新闻要點 

  • 新唐科技推出 M2L31 微控制器

  • 低功耗 MCU

  • 采用 Arm Cortex-M23 

  • 正常运行电流为 60 μA/MHz

  • 深度掉电模式下功耗仅0.5 μA

  • 新型高性能 ReRAM (电阻式内存)

  • 支持 USB Type-C PD 3.0

  • 内建 64 到 512 Kbytes 的 ReRAM

  • 多种封装选项

在能效至关重要的时代,新唐科技宣布推出全新的 Arm Cortex-M23 M2L31 微控制器系列。为满足对高效能嵌入式计算需求日益增长的需求,M2L31 系列以其低功耗和高效能脱颖而出,运行速度可达 72MHz,能提供卓越的处理能力。

新唐 NuMicro M2L31 微控制器,采用 Arm Cortex-M23 核心,并配有 64 到 512 Kbytes 的 ReRAM(电阻式内存)和 40 到 168 Kbytes 的 SRAM,是一款为可持续性和优异能效设计的低功耗产品。M2L31 系列支持两个 CAN FD 和两个 USB Type-C PD 3.0 接口,并优先考虑稳健的安全功能来保护宝贵的数据数据。

低功耗高性能应用的微控制器

NuMicro M2L31 系列对于电池管理、工业自动化和消费性接口设备等需高能效的应用而言,是一个突破性产品。卓越的低功耗能力显著提升电池寿命,减少频繁更换电池的需求。

M2L31 提供三种低功耗模式:正常掉电、待机掉电和深度掉电。这些模式根据应用需求量身定制,在降低能耗的同时,并确保不影响功能的正常运行。微控制器的典型运行电流在正常模式下仅为 60 μA/MHz,而在深度掉电模式下更是降至 0.5 μA。其在无需 CPU 干预的情况下,通过低功耗串行接口独立处理外围数据采集和数据处理的能力,为高效能自动化设立了新的标准。

芯片内建 ReRAM 优于传统闪存

M2L31 系列超越了传统的 MCU,整合了基于与台积电合作开发的制程技术的 ReRAM。这种新型非挥发性内存透过避免传统闪存中耗时的「擦除后写入」过程,加速了写入操作,同时提供了更低的能耗和更好的耐用性。

过去ReRAM 主要用于 DRAM 或 NAND 闪存市场。随着新唐科技下一代 M2L31 微控制器的推出,工业和消费性领域的开发人员也能享受到 ReRAM 的诸多优势。

广泛的周边接口与程序开发支持

为满足多样的设计需求并降低尺寸和成本,M2L31 系列支持广泛的 I/O 和外围设备,包括 UART、I²C、SPI/ I²S 和多个 USB 选项,并支持多达 16 通道的电容触控。多种芯片封装选项确保了与其他新唐产品的兼容性,满足大多数应用需求。

新唐科技致力于为开发人员提供强大的生态系统,包括 M2L31 NuMaker 开发板和 Nu-Link 除错器。M2L31 系列兼容多种 IDE,如 Keil MDK、IAR EWARM 和 NuEclipse IDE,使用 GNU GCC 编译程序。还支持多种程序更新方法,如 ISP 和 IAP,简化系统升级和软件更新,为开发人员和使用者提供了最大的灵活性和便利性。

于M2L31 系列的更多信息,请参见:https://www.nuvoton.com/products/microcontrollers/arm-cortex-m23-mcus/m2l31-series 

关于M2L31 系列的简短介绍影片请参见:https://www.bilibili.com/video/BV1JK421a7rc/?spm_id_from=333.999.0.0 

来源:新唐MCU

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2024年6月27日,上海先楫半导体科技有限公司(先楫半导体,HPMicro)宣布中国首款拥有德国倍福公司(Beckhoff)正式授权 EterhCAT 从站控制器 (ESC: EtherCAT Slave Controller) 的高性能MCU产品——HPM6E00系列全面上市。该系列产品具备高性能运动控制、高实时工业以太网互联的特性、 提供RISC-V 双核,多达3端口的千兆以太网交换机,支持多种工业以太网协议和时间敏感网络 (TSN: Time-Sensitive Networking),支持32 路高分辨率 PWM 输出、16位ADC、Σ∆ 数字滤波,带有专业的编码器管理模块、灵活的外部总线和敏捷的硬件电流环功能,在高精度运动控制系统中具备得天独厚的优势。先楫半导体HPM6E00系列产品实现了高性能MCU与高实时性、低延时工业以太网的完美结合,能够赋能行业客户在工业自动化领域大展拳脚,实现高性能伺服电机控制、机器人运动控制、数据传输系统和监控系统等多样化应用落地开花。

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先楫半导体创始人兼CEO,曾劲涛

“HPM6E00内置德国倍福公司授权的正版EtherCAT 从站控制器 IP,为先楫客户全面排除了IP上的风险。先楫MCU是中国定义、中国设计、中国制造、为中国服务的产品。这款产品填补了国内MCU市场的空白,也标志着我国工业MCU已经达到了国际先进水平。”

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先楫半导体执行副总裁 市场销售,陈丹(Danny Chen)

“中国产业升级、 企业出海,在这样的市场发展需求中,我们推出了这款市场期待已久的HPM6E00,它的一大亮点是集成高性能和EtherCAT技术,EtherCAT作为最通用和增长最快的工业实时以太网协议在中国和全球拥有大量的用户,先楫会携手更多合作伙伴一起进行资源共享、方案共创和技术创新等合作。”

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EtherCAT技术协会(ETG)全球执行董事和主席,Martin Rostan

“EtherCAT Technology Group has more than 7700 member companies from 75 countries. We're also the fastest growing organization in the world with more than 500 new members in the last 12 months.”

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广州致远电子股份有限公司董事长兼总经理,周立功

“这是一款市场上呼唤已久的产品,我们期待HPM6E00这款高性能微控制器能够尽快在各个领域应用落地,大放异彩。”

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深圳市三旺通信股份有限公司联合创始人,吴健

 “三旺通信在工业领域已深耕20余年,我们深刻感知这款产品的发布在工业互联网时代的意义。”

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深圳显控科技股份有限公司董事长,宋斌

“我们之前就有跟先楫合作,先楫的产品性能及稳定性非常不错。从前年开始我们就在找国内具备高主频、高算力、带EtherCAT接口的芯片,先楫HPM6E00产品刚好满足需求,帮助我们快速的推出产品。祝贺先楫产品成功上市,给工业市场创造更好的选择。”

产品性能

主频 600 MHz,RISC-V 双核, 片上内存可达 2 MB。

实时以太网系统:

• 千兆以太网交换机,支持多达 3 个外部端口和 1 个内部端口,支持时间敏感网络。

• EtherCAT 从站控制器,支持多达 3 个端口。

增强运动控制系统:

• 4 个 8 通道增强型 PWM 控制器,PWM 调制精度高达 100ps。

• 多种运动传感器接口,包括增量式和绝对值位置传感器接口,旋转变压器接口和磁编码器接口。

• 脉冲式位置输出接口和绝对值位置输出接口。

• 运动和位置控制单元。

• 硬件空间矢量变换和闭环控制单元。

• 可编程逻辑单元 PLB。

电源系统:

• 集成高效率 DCDC 转换器和 LDO, 支持系统单电源供电,可动态调节输出电压实现性能-功耗平衡,兼顾了电源的灵活性,易用性和效率。

• 多电源域设计,灵活支持各种低功耗模式。

• 超低功耗待机。

丰富外设:

• 多种通讯接口:1 个内置 PHY 的高速 USB,多达 8路 CAN/CAN-FD,以及丰富的 UART、SPI、I2C 等外设。

• Σ∆ 数字滤波 SDM,包含 SINC 数字滤波器,可外接Σ∆ 调制器。

• 4 个 2MSPS 16 位高精度 ADC,配置为 12 位精度时转换率可达 4MSPS,多达 32 个模拟输入通道;8 个模拟比较器。

• 多达 20 路 32 位定时器,5 个看门狗和 RTC。

• 2 个 8 通道 I2S 和数字麦克风。

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应用分享

应用分享一:驱控一体多轴伺服驱动器

Samkoon M9是一款模块化可扩展EtherCAT总线伺服驱动器,整流模块支持3-5KW,逆变模块支持400W-750W单双轴以及1500W单轴输出,支持内置抱闸继电器,支持TYPE-C USB调试接口,配合上位机可以实现伺服参数的快速导出导入及曲线波形监视。M9系列伺服以完全国产自主的RISC-V内核的HPM6E80处理器为主控芯片,HPM6E80为双核处理器,每个核主频高达 600MHZ,具有丰富的外设,采用单颗芯片方案即可实现EtherCAT总线伺服系统的应用。

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方案优势:

模块化设计,可扩展EtherCAT总线PLC及总线模块。

逆变轴共母线,能量回馈与能量消耗形成动态平衡,节省电能。

体积小,功率密度高,4轴节省25%空间,6轴节省35%空间。

内置MOS控制抱闸通断,抱闸接线更简单。

优化硬件设计,多轴伺服漏电流小。

可搭配EtherCAT总线PLC模块,多轴驱动和驱控一体同时覆盖。

EtherCAT采用单芯片实现,稳定性更好,成本更优。

电流环刷新频率64KHZ,速度环带宽3.1KHZ。

合作伙伴:深圳显控科技股份有限公司

应用分享二:多轴伺服驱动方案

NT6E80是由劲臣电子精心打造的一款高性能多轴伺服驱动方案,核心搭载了国产自主研发的先楫HPM6E80 RISC-V双核处理器,性能强劲,能够无缝支持伺服系统控制、远程IO管理及工业以太网网关等多种应用场景,展现了卓越的兼容性和灵活性。该产品设计精巧,配备1个输入与2个输出的EtherCAT端口,轻松驾驭4轴电机的同时,还内置了8通道数字输入,以满足多样化控制需求。为进一步适应复杂的工业现场,南天NT6E80还配备了CAN总线、RS485通讯以及IO-Link接口,确保了广泛的设备互连性。此外,提供的一路千兆以太网接口,为上位机通讯提供了高速通道,强化了系统的数据交互能力。

NT6E80专为严苛工业环境设计,在关键功能上实施了隔离保护措施并全面采用了高标准工业级元器件,确保了主板的可靠性和耐用性,是现代智能制造领域中不可或缺的高性能驱动解决方案。

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合作伙伴:上海劲臣电子科技有限公司

应用分享三:交流伺服驱动平台

QM7E系列伺服采用先楫高性能HM6E00芯片,结合先进伺服软件算法,具备参数自整定、伺服单参数调整、共振抑制等功能,具备高性价比、高性能、高可靠性,调试简单易调整等特点。可以适配多种编码器协议,例如NRZ协议,BISS-c协议,QMA(莫森自有)协议等,支持17/23/25/26位分辨率编码器。基于其优异的性能指标和高可靠性设计,可应用于包括但不限于雕铣雕刻,激光切割,印刷包装,纺织机械,3C制造,机床,机械手机器人等行业。

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方案特点:

速度控制范围:1:5000 r/min

速度环响应频率:3k Hz

速度波动:≤ 0.1%

转矩波动: ≤ 2%

合作伙伴:沈阳莫森软件有限公司

HPM6E00开发板

HPM6E00开发板现已全面开售,在先楫半导体官网可购买,售价¥498。

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HPM6E00EVK提供双百兆网口,实现ESC功能,RGMII千兆网口,CAN接口,音频接口,sigma-detal 转换接口,HS USB接口以及标准的电机接口可以适配先楫的电机驱动板。同时HPM6E00EVK的FEMC/PPI插槽,方便用户实现各类总线接口,并默认提供FEMC/PPI子板,可以实现SDRAM和并口的ADC采样功能。此外,还提供树莓派接口以及板载的调试接口可以方便用户进行调试,同时也提供标准的JTAG接口供用户选择。

先楫HPM6E00 EVK 开发板,官方购买链接:

https://www.hpmicro.com/resources/detail2.html?id=a7e6bbbf-5442-4947-8a3b-2d60e10159fb 

供货信息

HPM6E00可提供完整的样片和开发板。在硬件配套方面,HPM6E00的开发板购买链接已在先楫半导体官网(https://hpmicro.com)上线,并于6月27日起陆续发货。在软件开发包支持方面,适配HPM6E00EVK的hpm_sdk v1.6.0将于6月30日上线。

HPM6E00系列已全面量产并可接受大批量订单。有关芯片样片申请与购买事宜,请联系先楫半导体的销售、官方代理商和方案设计公司。

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来源:先楫半导体HPMicro

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围观 279

本文将深入介绍备用电池单元(BBU)中微控制器的软件,该软件主要负责确保进程平稳运行,从而为BBU的高效率和容量提供保障。硬件和软件必须顺畅协作,才能实现满足规范要求的系统级解决方案。将良好的管理方式放在优先位置,可以确保电路具有优异安全性和性能,此方法简单而有效,不容小觑。

每个BBU模块均采用一个微控制器和一个电池管理系统(BMS)微控制器。在ADI公司的参考设计中,超低功耗Arm®微控制器MAX32690充当微控制器,负责执行六个重要进程(见图1)。MAX32625微控制器充当参考设计的BMS微控制器。BMS微控制器负责与ADBMS6948芯片通信,并将所有测量数据传递给微控制器。

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图1.主控制器的管理操作周期1

微控制器的六个进程如下

  • 执行管理任务和通过I2C协议与各种外设进行通信。

  • 处理由背板电压数据提供的放电序列。

  • 选择恒流模式或恒压模式处理电池的充电工作。

  • 转变BBU模块的充放电状态。

  • 故障处理和响应。

  • 作为Modbus从机响应Modbus命令。

01、微控制器进程

执行管理任务和通过I2C与各种外设通信

在众多辅助器件连接到模块电路的情况下,微控制器用作I2C主器件。核心微控制器收集并保存来自辅助器件的数据,同时充当I2C主器件。为了推进各种任务顺利进行,微控制器还负责控制各种I2C辅助器件。多款I2C辅助器件示例如下:

  • BMS微控制器采用MAX32625。

  • LTC2971,双通道电源系统管理器。

  • MAX31760,精密风扇速度控制器。

  • 24AA512T/EEPROM,用作数据存储器,可检索和存储重要数据。

  • LTC2991温度传感器。

BMS微控制器(MAX32625)

微控制器定期与BMS微控制器(MAX32625)通信,接收有关各个电池包的电芯电压、充电状态(SOC)、健康状态(SOH)、电芯温度以及电池包可能出现的任何故障的更新信息。更新每四分钟进行一次,因为电芯电压、SOC、SOH和温度预计不会快速变化。如果发生任何故障,两个微控制器之间的共享引脚将置为高电平,并触发微控制器上的中断,进而立即读取BMS微控制器,获取有关故障的信息。微控制器中有专用I2C端口,仅用于与BMS微控制器通信,以支持两个微控制器之间快速通信。

LTC2971(电源管理IC)

微控制器时常通过电源管理总线(PMBUS)协议与LTC2971通信,检查电压、电流和温度测量结果以及有无警告和故障。当测量背板输出电压参数时,LTC2971起到快速反馈作用,以便微控制器调整其例程。此外,该器件会调整电源变换器的反馈电压,并允许其将输出电压下调1%,从而确保放电工作模式下输出电压处于调节范围内。

MAX31760(风扇控制器)

MAX31760负责调节BBU模块的风扇速度。脉冲宽度调制的占空比由微控制器配置,以通过I2C调节风扇的速度。微控制器根据温度以及背板负载电流或电池包负载电流,计算并调整所需的风扇速度

24AA512TT(EEPROM⁄数据存储)

板载EEPROM充当整个BBU模块的外部存储器件。微控制器通过I2C写入闪存页,定期将电池电压水平、SOC、SOH、电芯类型和型号年份以及电路板温度等重要信息保存到EEPROM中。该数据每小时更新一次,用户可以在维护和故障排除期间访问。

LTC2991(数字板载温度监测)

LTC2991是一款八通道电压、电流和温度传感器。该器件借助放置在电池模组内部重要位置的各种数字传感器,监测电池模块的温度。根据温度读数,微控制器可以调节风扇速度,确保电源板和电池堆的工作温度保持在适当水平,并且始终低于40°C。

02、选择恒流模式或恒压模式处理电池的充电

微控制器还负责处理电池的充电模式。开始时,电芯的电压容量非常低,微控制器允许以最大5A的电流为电芯充电。一旦电芯处于稳定状态,微控制器就会将充电电流调整为2A,此时每个电芯的电压尚未达到4V。利用来自BMS微控制器的数据持续监测电芯电压,并使用模数转换器外设测量整个电池层电压,微控制器便可以判断所有电芯是否都已达到4V,如达到4V,微控制器便会将充电模式切换为恒压模式。这需要将充电电流限制为仅0.5A。微控制器将继续监测整个电池层电压水平,同时从BMS微控制器获取数据,检查所有电池是否充满电。如图2所示。

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图2.恒流和恒压充电算法

03、电源变换器充放电状态的转变

充分了解BBU在电源中断期间如何从待机模式转变到电池供电模式至关重要。为了防止任何意外断电和数据丢失,模块的微控制器密切监视背板电压水平。LT8228的默认充电模式设置在49V至53V左右,但如果微控制器检测到背板电压在2ms内降至48.5V以下,则会立即将LT8228方向引脚从充电模式切换到放电模式,这种模式持续四分钟以处理停电情况。这四分钟里模块将持续放电,以确保供电不间断。如果电芯的条件允许且背板电压供应仍未恢复,模块将再等待一分钟,以便电芯冷却,然后再次进入放电模式。电源恢复后,BBU将切换回主电源,并开始为电池充电。有关如何操作和维护BBU的具体说明,请参考图3了解此过程。

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图3.充放电模式转换的处理操作

04、故障处理和响应

制定明确的故障处理计划非常重要。为了避免产生压力和得到不好的结果,提前发现潜在问题并制定处理方案至关重要。如需确保系统操作顺利运行,了解即将发生的情况,那么与相关系统中集成的器件进行顺畅通信也是非常必要的。请记住,错误和故障难以完全避免,而应对方式才是决定结果的关键。因此,微控制器经过专门设计,可减少OCP指定故障的误报发生率。微控制器中的固件程序执行算法检查以检测可能触发故障的前兆现象。检测到相关征兆后,算法将执行验证检查,只有在问题连续发生或在设定的周期数内发生时,才会确认故障。这种做法非常明智,可以确保识别和解决真正的故障。

05、作为Modbus从机响应Modbus命令

Modbus功能代码对于在Modbus网络的器件之间建立通信至关重要。这些代码确定器件之间发送的请求或响应的类型,例如读取或写入数据。一些比较常见的Modbus功能代码包括模块指标、模块工作状态、模块寄存器地址和故障状态。

Modbus命令的处理完全由微控制器控制。微控制器可以为OCP规范认为必要的所有基本Modbus命令提供支持。这些命令有权更改模块的设置,或提供有关电池SOC、运行状况、电芯电压水平、充电和放电电流以及其他参数的重要信息。微控制器验证消息后,就会根据收到的命令做出响应。

微控制器利用ADM2561和ADM30611收发器,通过UART协议处理来自各种外设的数据,并将其传输到机架微控制器,如图4所示。采用隔离型收发器的优点在于,它不受系统级电磁干扰的影响,并且符合OCP制定的电磁兼容性(EMC)标准。此外,机架到PC的通信是通过ADM2561完成的,ADM2561通过DB9(D-Subminiature)连接器和RJ45互联网端口连接到主机PC。

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图4.模块到机架通信和机架到PC通信框图

06、总结

控制器架构必须要满足稳健可靠、高效且适应性强的要求,同时应该具有明确定义的输入和输出,并可以处理复杂算法例程。该架构应该是模块化的,以便支持无缝的算法更改和更新。此外还应内置有安全机制,以防范系统故障或事故,并能轻松处理意外事件。总的来说,高质量的控制器架构应提供可靠且高效的系统控制,同时可以降低错误或故障发生的概率。

来源:亚德诺半导体

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围观 28

英飞凌科技股份公司(FSE代码:IFX / OTCQX代码:IFNNY)推出 PSoCTM 4高压精密模拟(HVPA)-144K微控制器,通过将高精度模拟和高压子系统集成到单芯片上,满足汽车电池管理行业的需求。它提供了一个完全集成的嵌入式系统,用于监控和管理汽车12 V铅酸电池,这对汽车电气系统的12 V供电非常重要。PSoC™ 4 HVPA-144K微控制器符合ISO26262标准,能够为现代汽车带来紧凑且安全的智能电池感应与电池管理功能。

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PSoC™ 4 HVPA-144K

PSoCTM 4 HVPA-144K 的双高分辨率模数转换器(Σ-Δ型模数转换器)连同四个数字滤波通道一起通过测量电压、电流、温度等关键参数,实现对电池充电状态(SoC)和健康状态(SoH)的精确测量,测量精度高达±0.1%。该半导体器件拥有两个带有自动增益控制的可编程增益放大器(PGA),无需软件干预即可实现模拟前端的完全自主控制。与传统的霍尔传感器相比,采用分流式电流传感器的电池精度更高。

集成式12 V LDO(耐压42 V)无需外部电源,可直接通过12 V铅酸电池为设备供电。集成式收发器可与LIN总线直接通信。该产品符合ISO26262 ASIL-C 功能安全要求。

PSoCTM 4 HVPA-144K所基于的Arm® Cortex®-M0+ MCU工作频率高达48 MHz,具有最高128 KB的代码闪存、8 KB的数据闪存和8 KBSRAM,且全部带有ECCPSoCTM HVPA-144K还包含多种数字外设,如四个定时器/计数器/PWM和一个可配置为I2C/SPI/UART的串行通信块。

PSoCTM 4 HVPA-144K由汽车级软件提供支持。英飞凌的汽车外设驱动程序库(AutoPDL)和安全库(SafeTlib)按照标准汽车软件开发流程开发,均符合A-SPICE标准、MISRA 2012 AMD1CERT C标准,以及ISO26262标准。

随着 PSoCTM 4 HVPA-144K 的推出,英飞凌为扩展其 PSoCTM微控制器产品组合,以便将电动汽车的锂离子电池管理系统纳入其中奠定了基础。该产品组合不久后将加入多款用于监控和管理高压(400 V及以上)与低压(12 V/48 V)电池的产品,从而进一步推动未来电动汽车的应用。

供货情况

PSoCTM 4 HVPA-144K现已上市。它采用紧凑型32-QFN6x6 mm²)封装,最多有9GPIO。为了方便开发,英飞凌还同时提供评估板。了解更多信息,敬请访问http://www.infineon.com/psochvpa144k

关于英飞凌

英飞凌科技股份公司是全球功率系统和物联网领域的半导体领导者。英飞凌以其产品和解决方案推动低碳化和数字化进程。该公司在全球拥有约58,600名员工,在2023财年(截至930日)的营收约为163亿欧元。英飞凌在法兰克福证券交易所上市(股票代码:IFX),在美国的OTCQX国际场外交易市场上市(股票代码:IFNNY)。

更多信息请访问www.infineon.com

更多新闻请登录英飞凌新闻中心https://www.infineon.com/cms/cn/about-infineon/press/market-news/

英飞凌中国

英飞凌科技股份公司于1995年正式进入中国大陆市场。自199510月在无锡建立第一家企业以来,英飞凌的业务取得非常迅速的增长,在中国拥有约3,000多名员工,已经成为英飞凌全球业务发展的重要推动力。英飞凌在中国建立了涵盖研发、生产、销售、市场、技术支持等在内的完整的产业链,并在销售、技术研发、人才培养等方面与国内领先的企业、高等院校开展了深入的合作。

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博客作者:Mark Harris

微控制器依赖于其时钟源。处理器、总线和外围设备都使用时钟来同步它们的操作。时钟决定了处理器执行指令的速度,因此它对性能至关重要。但是,时钟源到底有多重要?微控制器中的时钟频率是什么?它的精度有多重要?简单来说,这取决于……微控制器正在执行的任务及其接口。

需要考虑的两个要素是:时钟的速度,它决定了事情发生的快慢;以及时钟的准确度,它决定了每个时钟周期之间的一致性,以及时钟随时间可能发生的变化。

为什么时钟源很重要

微控制器的中央处理器可以被认为是执行特定功能的同步逻辑块链。如果系统微控制器时钟运行得太慢,则处理时间会更长。如果时钟运行得太快,则可能没有足够的时间在下一组开始之前完成所需的操作——处理器与从动态内存到接口引脚等一系列不同的元件模块连接。时钟速度的任何显著误差都会对微控制器内部操作产生不可预测的后果。

数据采样

微控制器时钟信号将控制任何模数操作的转换速率。时钟的速度将决定对模拟信号进行采样的最大速率;时钟的精度将决定采样率的准确性。假设您每秒记录两次带有时间戳的样本。在该情况下,时钟频率出现1%的误差(在内部振荡器中并不少见)很快就会消除样本时间戳与挂钟上显示的时间之间的任何关联。如果时钟源有1%的恒定偏移,您的样本时间戳每天将误差超过14分钟。

波形生成

在数据采样方面,微控制器的时钟信号将控制任何数模操作的转换速率。时钟的速度将决定可以为模拟信号生成的最大频率。时钟的准确性将决定生成波形的准确性。

异步串行通信

微控制器时钟信号的一个关键应用是管理异步通信,其中时钟信号决定何时对输入数据流进行采样,一旦接收到起始位,并确定输出数据流中每个数据位之间的转换时间波形。

在异步通信中,发射器和接收器依赖于相同的时钟速度来编码和解码数据流。但这些时钟不需要同步;它们只需要有足够的相等时钟频率。这是因为接收器在检测到信号线上的第一个边缘时开始处理传入的数据流。然后它需要在数据流的持续时间内保持正确的时钟速度,以便在正确的时间对数据位进行采样。所需精度将取决于必须对数据进行采样的窗口。每个数据位都可能具有其信号的上升沿和下降沿,其中数据的值是不确定的,当数据有效并且可以被采样时,就会在边缘之间留下周期。

这个采样周期将取决于通信链路的类型和长度。长传输距离和高电容电缆会增加上升和下降时间。噪声的存在也可能增加信号稳定所需的时间。

它还将取决于时钟速度和消息格式。对于短数据流,精度要求可能相对宽松,因为每次接收到新数据流时采样时钟都会重置。然而,对于具有长数据流的高速串行通信,所需的精度可能会变得更加精确。例如,CAN总线协议使其对系统时钟偏移非常敏感,以至于使用任何非晶体时钟信号源都可能存在问题。

以UART设备为例,我们可以看到绝对时钟速率并不重要,因为UART接收器会在每一帧开始时自行同步。该问题简化了可以容忍的发送和接收UART时钟之间的差异。

时钟源选项

在为特定微控制器选择时钟源时,通常有几个不同的选项可供选择。具体选项将取决于您将使用的微控制器时钟的品牌和型号,因此我们将在这里讨论所有标准选项。

这些不同的选项主要通过其准确性、成本和元件数量来区分。使用所有优质微控制器都包含的内部时钟源将是最便宜且最简单的选项,但通常也最不准确。使用外部时钟源将提高精度,但代价是需要将额外的元件添加到电路板并增加设计的复杂性。

选择哪个选项将取决于您需要什么样的性能以及您在电路板空间和预算方面的限制。由于为任何给定微控制器生成时钟信号总是有几个备选方案,因此请研究您的特定器件的数据手册。这通常会提供一些有关您可以使用哪些类型的时钟源以及如何最好地实现它们的有用信息。

内部振荡器

微控制器通常带有一个内部电阻电容振荡器,以产生一个基本的时钟信号和一个锁相环以提供频率倍增功能。然而,使用内部振荡器的问题是它们的精度远低于频率稳定性较差的外部振荡器。微控制器芯片内部的任何RC电路都不是理想的位置,这是由于RC电路对高温的依赖性和元件公差固有的较大范围。通常,具有良好热管理的微控制器可以提供精度在1%到5%范围内的时钟信号。这对于一些较慢的异步通信总线和管理低频模拟信号处理来说可能已经足够好了。尽管如此,在大多数典型应用中,这仍然不够准确。

可能值得一提的是,通过使用锁相环,可以用更准确的外部时钟信号校正内部时钟信号,以提高内部振荡器的性能。然而,如果外部时钟信号可用,那么使用它而不是内部时钟更有意义,除非微控制器有任何特定的约束条件会阻止这样做。

外部振荡器

微控制器的时钟源有两种主要类型:机械谐振器,包括晶体和陶瓷谐振器,以及无源RC振荡器。

振荡器的最基本形式是RC电路,它仿效内部振荡器电路,但使用精度值更高的元件,并使用热管理技术将元件与微控制器时钟和电路的任何其他热元件产生的热量隔离开来。虽然这可以将精度提高至少一个数量级,但对于外部振荡器来说,这仍然是最不准确的选择,并且对于相对相似的成本和封装尺寸,还有更好的解决方案可供选择。RC电路生成的时钟也会受到电源电平波动的影响,并且容易受到电气干扰,从而限制了它们在大多数典型应用中的实用性。

晶体振荡器是最常见的外部振荡器,需要精确的时钟信号。石英晶体和支持电路提供了出色的稳定性和精度。典型的低成本晶体振荡器的精度可以优于百万分之一,除最具时间敏感性的应用以外,可满足所有应用的要求。但是,石英晶体可能会受到环境因素的影响,需要额外的保护。石英晶体的支持电路也可能导致高阻抗输出,需要与电路的其余部分进行额外的阻抗匹配。如果预算允许,使用现成的晶体振荡器模块而不是离散元件可以降低对环境影响的敏感性,并使电路板设计更加简单。它们通常提供低阻抗方波输出,从而简化了与电路设计其余部分的集成,其精度与使用离散晶体非常相似。

另一种选择是基于IC谐振器电路的硅振荡器,它易于实现,精度约为0.05%。比外部RC电路略好,但远不及晶体振荡器。然而,硅振荡器比晶体振荡器更坚固可靠,非常适合器件可能受到严重机械振动的操作环境。

最后,还有陶瓷谐振器可供选择,其精度虽然不如晶体振荡器,但比硅振荡器更精确。它们基于压电式陶瓷材料,使用谐振机械振动来生成时钟信号。其主要优势在于采用简单的集成封装,比晶体振荡器及其支持元件占用空间更小。然而,与晶体振荡器一样,它们对环境因素很敏感,包括温度、湿度、振动和电气干扰。

在选择外部振荡器时,功耗可能是一个重要的决定性因素。离散振荡器电路的功耗主要由反馈放大器的电源电流及其电容值决定。一个典型的晶体振荡器电路会消耗数十毫安电流。陶瓷谐振器电路通常需要比晶体振荡器更大的负载电容值,因此需要更多的功率。硅振荡器的功耗主要与工作频率成正比。不过,它们有多种选项可供选择,从消耗几毫安电流的低功耗设备到消耗数十毫安的标准设备。

结论

总而言之,您需要为微控制器使用的时钟信号类型主要取决于其嵌入的器件性质及其操作环境。与高速异步通信总线和高频模拟信号的接口将需要精确的时钟信号。假设器件需要在恶劣的环境中运行,无论是在广泛的温度范围内,还是在高电磁干扰水平下,或是受到机械振动的影响,这都可能限制可选方案。对于没有如此时间敏感或环境挑战性的微控制器时钟,可以采用更便宜的解决方案。

来源:Altium

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围观 36

移动机器人的卓越性能、平稳运动和可靠运行离不开高效精确的电机控制。机器人的自主性和复杂性不断提高,非常需要能够处理复杂电机控制和其他任务的高级微控制器。恩智浦新一代MCX微控制器产品组合具有先进的外设,可帮助开发人员优化移动机器人系统中的电机控制。 

FlexPWM模块

MCX A和N系列具有通用、高配置的增强型Flex脉宽调制器 (eFlexPWM) 模块,可实现精确的电机控制,并提供广泛的功能集,满足移动机器人应用的各种需求。除了驱动电机的高级控制外,eFlexPWM模块还可用于构建开关式电源。 

eFlexPWM模块的一个主要功能是支持中心对齐、边沿对齐和非对称脉宽调制 (PWM)。

中心对齐PWM可保持相位对齐,并将无刷直流 (BLDC) 电机的电流波纹降至最低,这种电机因其高效率和扭矩密度而常用于移动机器人领域。开发人员采用中心对齐PWM,可以实现更平稳的电机运行,减少电磁干扰 (EMI),并延长电机绕组的使用寿命。 

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中心对齐PWM信号

边沿对齐PWM可简化占空比计算,并更轻松地控制H桥电路,在移动机器人领域应用广泛,可用于双向电机控制、精确定位和速度调节。FlexPWM模块简化了H桥电路必要控制信号的生成,降低了软件复杂性,并提高了固件响应速度。 

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边沿对齐PWM信号

FlexPWM模块还提供相移PWM,这对于涉及多相逆变器的移动机器人应用来说是一个有价值的功能。开发人员对PWM信号进行移相,可同时优化多台电机的供电,确保多自由度的系统 (如机械臂或多轮平台) 实现平稳协调的运动。 

FlexPWM模块还具备强大的故障保护和自动故障清除机制,确保系统安全可靠。一旦检测到故障,该模块会立即切断PWM输出,防止对电机绕组等敏感部件造成损害。故障排除后,该模块可自动清除故障状态,并恢复正常运行,最大限度地减少停机时间,增强整个系统的稳健性。 

有关MCX N系列功能和外设的更多信息,点击阅读白皮书>>

正交解码器 (QDC)

移动机器人需要精确的位置和速度反馈,才能形成有效的闭环控制系统。MCX微控制器具有正交解码器 (QDC) 模块,这是一种专用外设,可简化正交编码器信号的解码过程,并提供可靠的位置和速度测量。 

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QEI

正交编码器生成两个正交信号,即A相和B相,它们的相位相差90度。QDC模块通过分析信号的顺序和频率确定电机轴的位置和旋转方向。该模块的高级功能,如干扰滤波和边缘检测,可确保解码位置和速度数据的完整性与可靠性,即使在存在电气噪声或信号干扰的情况下也能保障。 

QDC模块在计数器初始化方面具有灵活性,支持开发人员根据特定事件或情况调整计数器的位置。例如,计数器可根据编码器每转一圈产生的索引脉冲进行初始化。这一功能还简化了归位例程和绝对定位的实施。此外,QDC模块还支持根据外部传感器或开关触发的归位信号进行初始化,从而实现移动机器人系统的精确控制和校准。 

QDC模块提供多种速度测量方法,可满足不同的应用需求。开发人员可以通过监测固定时间间隔内的位置变化、平衡分辨率和响应时间来计算电机速度。此外,该模块还可以测量连续正交边沿之间的累计时间,提供高分辨率速度测量,适合需要快速响应和精细控制的应用。 

AND/OR INVERT (AOI) 模块

在优化电机控制方面,MCX A系列中的AOI模块与FlexPWM和QDC模块相辅相成。AOI模块支持开发人员创建可编程组合布尔逻辑,根据特定输入条件生成事件输出。在MCX N系列微控制器中,两个AOI模块和一个可配置触发器构成了事件生成器 (EVTG) 模块。 

AOI模块为电机控制提供了高效的解决方案,可以从主处理器分流事件检测和触发器生成任务,从而减少固件开销并提高系统响应速度。通过配置AOI模块来监测位置、速度或故障状态等各种输入信号,开发人员可以创建自定义硬件触发器,启动特定的电机控制操作,而无需持续的软件干预。 

例如,AOI模块能够被设定,在满足特定条件组合时生成触发信号,例如当电机位置达到预定阈值且速度在一定范围内时。然后,此触发信号可用于自动调整PWM占空比、更改电机换向序列或执行任何其他所需的电机控制操作。 

开发人员可以利用AOI模块的可编程逻辑,实施复杂的控制策略,对实时事件做出快速反应,提高整体性能和效率。AOI模块非常灵活,支持根据每个应用的具体要求创建自定义触发条件,使开发人员能够根据其机器人平台的独有特点优化电机控制。 

FRDM-MC-LVPMSM扩展板

恩智浦提供的FRDM-MC-LVPMSM扩展板有助于电机控制应用的开发和原型设计。FRDM板结合了软硬件资源,可加速设计过程。它采用shield扩展板外形设计,可与恩智浦的Freedom开发板平台无缝集成。 

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FRDM-MC-LVPMSM扩展板

FRDM-MC-LVPMSM扩展板与恩智浦永磁电机控制参考软件相结合,可提供完整的电机控制参考设计。该软件套件包括一系列预配置电机控制算法、库和示例项目,使开发人员能够针对其特定的移动机器人应用快速实施和优化电机控制系统。 

此扩展板采用低压三相永磁同步电机 (PMSM),由于其高效率、高扭矩密度和精确控制能力,广泛用于移动机器人领域。此外,该板还包括功率模块、电流检测电路和编码器接口等基本组件,为电机控制开发提供了完整的平台。 

开发人员利用FRDM-MC-LVPMSM扩展板和相关参考软件,可以显著减少设计和验证移动机器人电机控制系统所需的时间和精力。该板与FRDM-MCX开发平台兼容,可实现无缝集成,使开发人员能够根据其特定应用要求选择合适的微控制器。 

MCUXpresso开发人员体验

恩智浦提供了低成本的FRDM开发平台,可使用MCX快速进行原型设计。FRDM开发板具有标准规格和接头,便于连接MCU的输入/输出端口,并内置了MCU-Link调试器,带有USB-C线缆。 

恩智浦的GitHub还允许访问应用示例,可以使用应用代码中心门户 (ACH) 访问这些示例。

MCUXpresso IDE和MCUXpresso for VS Code内置了ACH浏览功能,开发人员可以轻松搜索可用的演示和示例,并在直接加载项目使用之前按设备、应用技术或外设/功能进行筛选。 

扩展板中心  (EBH) 是NXP SDK Builder网站的扩展,开发人员可以在其中找到恩智浦及其合作伙伴提供的一系列附加板,以扩展所选评估板的功能。该中心提供直观的筛选功能,可快速查找板卡和可用的支持软件。开发人员可以将他们的板与不同类型的扩展板配对,以评估特定用例或应用程序并进行快速原型设计。 

恩智浦移动机器人电机控制解决方案 

恩智浦的MCX微控制器产品组合代表了电机控制技术的重大进步,提供了一整套外设,专用于优化移动机器人应用中的电机控制。

FlexPWM模块具有较高的灵活性和可靠性,支持精确电机控制,而正交解码器 (QDC) 模块则提供闭环控制系统所需的精确位置和速度反馈。AOI/EVTG模块增加了一层可编程逻辑,使开发人员能够创建自定义硬件触发器,并分流主处理器的事件检测功能。图片

本文作者

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Altaf Hussain,恩智浦半导体运输与移动细分市场市场总监,在企业、服务提供商和工业应用的应用工程、产品营销和业务开拓方面拥有30多年的经验。他目前担任恩智浦运输与移动部门的负责人,该部门专注于移动机器人、机器视觉和仓库物流自动化领域。Altaf致力于制定系统解决方案,帮助客户借助自主移动机器人加速自动化进程。他拥有英国伦敦南岸大学的电气与电子工程学士学位。

来源:NXP客栈

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