电机控制是指通过各种方式控制电机的运行,以实现所需的运动、速度、位置和扭矩等特性。电机控制可以应用于各种不同类型的电机,包括直流电机、交流电机、步进电机和伺服电机等。
电机控制是工程和自动化领域中的关键技术,它使各种机械系统和自动化过程得以实现。通过合适的电机控制方法,可以提高系统的精度、效率和可靠性,从而满足不同应用的要求。电机控制
作者:Bhushan Patel(Sr Staff Product Marketing Specialist)
随着新冠肺炎疫情的流行,对消费电子产品和用品的需求不断增加,这对制造业的效率和可靠性提出了更高的要求。为了在面临劳动力短缺的同时高效利用工厂资源,制造商正在引入智能工厂实践,从而产生了对设备监控和多用途设备的需求。我认为,与高效利用工厂资源相关的技术创新将助推下一波工厂自动化浪潮。暂时的劳动力短缺增加了对商品的需求。
我们为迫切需要提高工厂效率的客户提供低成本的集成选择。我们提供支持EtherCAT从站的微控制器,以在工厂内执行机器人、AC伺服和AD驱动应用中的监控任务,并实现自主化、高效化的制造过程。
1、带与电机RSSK兼容的RDC-IC RX72M CPU板
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适用于BLDC电机的评估系统
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带解析器的步进电机评估系统
2、符合CiA402协议规范的示例代码(基于RX72M)
3、应用笔记和用户手册
● RX72M Group Encoder BLDC motor control using EtherCAT Communications
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● RX72M Group Resolver stepping motor control using EtherCAT Communications
复制以下链接到浏览器中查看:
https://www2.renesas.cn/cn/zh/document/apn/rx72m-group-resolver-stepping...
结合使用EtherCAT的电机控制时,这套解决方案极为高效。
来源:瑞萨电子
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恩智浦新推出的LPC553x作为基于Arm Cortex-M33技术的LPC5500系列MCU的全新成员,具有高精度模拟外设和电机控制外设。LPC553x片内集成高达256KB的闪存、带奇偶校验和纠错码 (ECC) 的128KB的RAM、外部串行/四路/八路内存控制器,以及支持内存扩展的FlexSPI (具有即时加密和解密功能)。
这些细节令人耳目一新,同时该MCU集成多达8个Flexcomm (可任意配置为串行I2C/UART/SPI)、1个专用50MHz SPI、FS USB主/从设备和CAN FD。LPC553x集成的4个单端 (或2个差分) 16位ADC支持在12位模式下以2MSPS或3.3MSPS速度同时进行两次独立转换,并且最多有23个ADC输入通道。另外,LPC553x还提供带5个输入引脚的4个比较器、3个12位DAC、3个带可编程增益放大器设置的高精度运算放大器和1个高精度内部参考电平。
LPC553x的电机控制子系统有两个灵活的脉宽调制 (PWM) 模块,提供多达12个PWM输出、2个正交编解码器输入和2个AOI (And/Or/Invert,与或非) 模块,可直接馈入外设以实现快速响应。此外,MCU集成紧密耦合的数字信号处理器 (DSP) 和数学运算加速器 (PowerQuad),支持电机控制算法中使用的三角函数和CORDIC函数。
使用LPC553x实现电机控制
使用Arm Cortex-M33和PowerQuad实现的复杂电机控制算法优于使用传统的通用微控制器软件接口标准(CMSIS)DSP库的算法。下面的例子展示了AOI模块如何实现外设和输入/输出引脚之间的直接连接,从而完成电机控制子系统。
观看LPCXpresso55S36的MCUXpresso SDK电机控制示例,点击https://www.nxp.com.cn/video/mcuxpresso-sdk-motor-control-example-for-lpcxpresso55s36:LPC55S36-SDK-MC-EXAMPLE?cid=wechat_iot_205151
利用PowerQuad支持电机控制应用
LPC553x增加了8KB LP缓存,可加速对片上闪存的访问。LP高速缓存是一种8路、4路组关联的直写设计。对于32位宽的缓存数据路径,MCU支持总计8KB的缓存,并针对运行电源操作进行了优化。有了这个缓存,从闪存执行时Coremark性能可达到>4/MHz (迭代次数/秒)。
Clarke变换,根据以下公式将磁通、电压、电流等值从三相坐标系转换为两相(α-β)正交坐标系:
从两轴正交静止坐标系到三相定子静止坐标系的变换是使用Clarke逆变换完成的。Clarke逆变换由以下公式表示:
Park变换,根据以下公式将磁通、电压、电流等值从静止两相(α-β)正交坐标系转换为旋转两相(d-q)正交坐标系:
逆Park变换,根据以下公式将磁通、电压、电流等值从旋转两相(d-q)正交坐标系转换到静止两相(α-β)坐标系:
查阅参考文件:GMCLIB用户指南Arm Cortex-M33F,点击https://www.nxp.com.cn/docs/en/user-guide/CM33FGMCLIBUG.pdf?cid=wechat_iot_205152
使用恩智浦实时控制嵌入式软件电机控制和功率转换库RTCESL软件支持上述电机控制算法,可以通过标准CMSIS DSP库和/或LPC553x中的PowerQuad (PQ) DSP加速器来实现。
PQ性能与标准CM33 CMSIS DSP库的对比如下所示:
使用AOI和交叉开关模块快速响应事件
为了快速响应特殊/时间关键事件,LPC553x配备了两个交叉开关和AOI模块。任何输入引脚和外设输入/输出都可以通过组合逻辑AOI模块连接到两个交叉开关XBARA和XBARB。概述如下:
XBARA的20个输入 (与XBARB共用) 允许从外设或专用引脚中进行选择。XBARA最多可将16个输出连接到AOI的输入,形成组合逻辑。AOI的4个输出也可以添加到XBARB上,形成32个总输出。
AOI控制器是一个外设模块,连接来自各种设备模块的事件输入指示器,并生成可路由到外设间交叉开关或其他外设的事件输出信号。其编程模型通过标准的IPS(天蓝色)接口访问。
AOI模块的每个EVENTn输出是其四个专用输入(An、Bn、Cn和Dn)的组合函数。通过AOI和任何相关的外设交叉开关模块的传播时间为一个总线时钟周期。
以下是使用XBAR和GPIO模块实现电机控制的示例:
通过XBARA和GPIO模块的编程,可以立即处理对过流和电压等故障事件的特定响应(一个总线时钟周期)。
更高的模拟集成和更高的系统可靠性
随着LPC5500 MCU系列不断发展壮大,LPC553x不仅具备多种新特性,而且在许多方面提升了系列表现。LP553x系列提供了多方面的升级,例如增加了存储器容量、额外的输出和更快的输入/输出响应时间。
本文作者
CK Phua,恩智浦半导体微控制器产品经理。CK于1993年加入飞利浦半导体公司,曾担任质量、应用工程、产品工程和技术营销等多个职位。继飞利浦之后,CK在2012年加入飞思卡尔,飞思卡尔合并后加入恩智浦。CK现任边缘处理业务部微控制器的产品经理。
来源:NXP客栈(作者:CK Phua)
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Holtek针对直流无刷(BLDC)电机控制领域推出BLDC专用微控制器BD66FM5250,导入了反电动势滤波器使得方波Sensor-less的启动及低速控制更加稳定,增加硬件乘除法器加快计算速度。适合各种方波与弦波BLDC电机产品应用。
BD66FM5250具备8K×16 Flash ROM、2K×8 RAM、512×8 EEPROM及内部系统频率20MHz,拥有10+1个通道12-bit快速A/D转换器,并配置4组PWM输出/输入捕捉功能Timer。针对BLDC控制提供BLDC电机控制电路包含16-bit转速监控Timer、3组10-bit具Dead-time互补式PWM输出以及OCP过电流保护功能。
BD66FM5250通过内建3个比较器可用于Hall Element或Sensor-less位置侦测。硬件Cycle by Cycle电流保护控制功能,可直接设定输出电流的限制,电机得以在最大保护电流下持续运转。封装型式采用24SSOP、28SSOP与32QFN(4×4)封装。提供BD66FM系列无刷直流电机开发平台(BD66FM Series BLDC Workshop)可加快导入产品速度。
来源:HOLTEK
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RX66T/RX72T主要特征
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CPU/Accelerator性能
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定时器功能单元
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模拟功能单元
- 功能安全
接下来我将具体说明关键特性。首先是CPU及加速器性能。
01、RX CPU内核一览
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RXv3 CPU内核以5.8 CoreMark®/MHz提供业界领先的性能
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32位RX MCU满足电机控制和工业应用所需的实时性能和增强稳定性
RX66T RX72T采用了最新的32位CISC架构的RXV3内核。RXV3内核的处理能力达到了业界领先的5.8coremark/Mhz,采用了5级流水线作业、标配DSP指令、FPU浮点数单元等等。
02、超越其他32位MCU性能的RX66T/RX72T
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RX66T性能高达928CoreMark,RX72T更是高达1160CoreMark的业界领先性能
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业界领先的MCU配合5V工作电压,特别适合高性能的电机控制系统
CM4:Cortex-M4
CM7:Cortex-M7
*Based on nominal values by EEMBC and each company
03、REGISTER BANK SAVE功能 [RX72T]
提升对紧急事件的响应速度
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通过加速对寄存器存取,提升响应速度
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专有的Save Register bank
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只有SAVE和RSTR指令可以访问Save Register bank
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Save Register bank的数量:16 in RX72T
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减少响应时间,高效处理程序
save:1 cycle,restore:3-6 cycle
相对于传统的中断响应,采用缓存寄存器单元后可将响应时间减少一半以上。
04、三角函数数学运算单元(TFU)[RX72T]
提供快速/固定周期的操作:sinf&cosf x2.5~x5.6, atan2f x8.7~x13.9
此结果是CC-RX V3.01测量的参考值,这不是详尽的输入值。
RX72T还加入了三角函数硬件单元TFU。相对于查表方式的运算,TFU单元可将sin cos数学运算速度提升2.5~5.6倍,开方运算速度提升8.7~13.9倍。对于FOC等复杂的算法,可以起到非常大的帮助。
05、MTU/GPT定时器功能一览
通过两个定时器单元(MTU3,GPT)支持多种控制方式,减少软件负担
RX66T RX72T里面有多个timer单元。其中比较重要的是MTU3和GPTW。
两个timer单元MTU3和GPT支持多达17种的控制功能,比如三相互补PWM输出、左右不对称互补输出、死区时间控制、高分辨率PWM输出、输出保护功能、编码器输入计数等等,可以满足电机控制中的各种特定需求。
06、丰富的模拟功能(ADC,Comparator,PGA)
增强的模拟功能单元,易于使用!
PGA:programmable gain amp
S/H:sample&hold
RX66T RX72T配备有丰富的模拟功能
1)独立的3个12位ADC单元,其中两个单元支持三路采样保持功能,非常适合多电机的控制。
2)3通道同步采样保持电路,可实现对3路信号的同步连续采样,减少ADC转换时间。
3)内置运算放大器可支持单端输入和伪差分输入模式。伪差分输入模式支持负端输入,可减少共模噪声的干扰。
4)此外还内置了比较器和12位DAC模块。
07、安全功能
RX66T RX72T提供了工业级的高安全性功能
1)加入了Trusted memory来实现对flash空间的保护。
2)在加密功能方面,配备了硬件加密电路TSIP-LITE,支持AES、真随机数校验。同时还加入了芯片唯一ID号。
3)为防止外部非法访问,加入了ID CODE保护,ROM code保护等机制,有效防止编译器等非法访问,防止盲拷贝的风险。
4)访问保护方面,加入了寄存器写保护和内存保护单元,从而防止重要的寄存器或内存被非法篡改,防止程序跑飞。
相关阅读:
32位高性能电机控制MCU-RX66T/RX72T产品介绍(1)
来源: 瑞萨MCU小百科
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01、RX66T/72T在RX电机控制MCU中的定位
瑞萨电子拥有非常丰富的电机类控制MCU。而RX66T和RX72T是目前RX家族里面的旗舰级产品,非常适用于需要高精度、高实时性的电机控制应用。
02、RX66T特征一览-实现高精度和高效的电机控制
性能
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928Coremark:在支持5V电压的MCU中处于领先水平
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比以往产品高出2.5倍的高性能
* 该值由瑞萨电子的磁场导向控制程序测量。
变频控制外设
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160MHz PWM(Max:3相互补4通道或者五相互补两通道或者单相互补10通道)
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支持最小195皮秒调节的高分辨率PWM
功能安全
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电机系统安全硬件保护单元
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专门的硬件加密模块,极大程度地提高了系统安全性
电机解决方案
多种电机相关的应用例程和开发辅助工具,方便用户更快更好进行电机控制
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多种电机相关的应用例程和开发辅助工具,方便用户更快更好进行电机控制开发
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支持实时调试的辅助工具Renesas Motor Workbench 2.0
03、RX66T功能框图
RX66T采用了瑞萨电子自主IP的第三代RXV3内核,高达160MHZ主频。
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支持2.7到5.5V的宽电压工作,配备单精度PFU单元及DSP指令;
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支持最大1兆的code flash、128KB的SRAM以及可替代EEPROM的32KB data flash;
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模拟功能方面,配备三个独立的12位ADC单元。其中两个单元支持3路采样保持电路,而且内置伪差分运算放大器、12位DAC、比较器和温度传感器;
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拥有多重的安全性和加密性功能,我将在后面具体阐述;
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连接性方面,支持USB、CAN、SPI、I2C等多种接口;
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通过多个的timer单元,可实现对多达四个电机的同步驱动。
此表显示了最大规格,细节取决于零件编号。
*1. 后台操作
*2. 高分辨率PWM:4路
04、RX72T特征一览-实现高精度和高效的电机控制
性能
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1160Coremark:在支持5V电压的MCU中处于领先水平
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三角函数数学运算单元,优化坐标变换/位置控制/相位控制
电机控制外设
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200MHz PWM(max:3相互补4通道或者五相互补两通道或者单相互补10通道)
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Register save bank提升中断响应速度
功能安全
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电机系统安全硬件保护单元
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专门的硬件加密模块,极大程度地提高了系统安全性
电机控制方案
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多种电机相关的应用例程和开发辅助工具,方便用户更快更好进行电机控制开发
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支持实时调试的辅助工具Renesas Motor Workbench 2.0
RX72T相对于RX66T,在CPU处理能力及功能单元配置上进行了增强。
05、RX72T功能框图
RX72T在RX66T的基础上,进行了几个方面的强化。首先是CPU主频提升到200Mhz,此外加入了两个非常重要的功能单元:寄存器缓存单元及三角函数硬件单元。
此表显示了最大规格。细节取决于零件编号。
*1. 后地面操作
*2. 高分辨率PWM:4通道(当使用超过160MHz时,有限制)
06、产品路线图
这是RX66T和RX72T的产品路线图。包括64pin、80pin、100pin、112pin和144pin的多种封装,ROM空间从256KB到1M可选。其中64pin、80pin、100pin封装可支持最多3个电机的同步驱动,而112pin及144pin可支持最多四个电机的同步驱动。
07、RX66T/RX72T应用示例
-单芯片实现3-phase inverter x3或x4
1、单芯片实现3-phase inverter x3 或 x4
-GPTW timer提供多功能的3-phase互补PWM输出(3个电机驱动)
-MTU3d也可以驱动2个电机
-MTU3d+GPTW可以驱动多达4个电机(only 112/144pin)
2、同步处理3-shunt x2电流检测
-通过PGA&S/H x6可实现同步处理3-shunt ×2. PGA(差分输入方式)可减少外部噪声干扰
-3个独立的ADC单元
3、减少外部元器件
-内置reset电路,E2PROM,op-amp,comparator
4、功能优化,实现安心的电机控制
-Comparator x6ch可检测异常情况
-输出保护电路(POEG)可强制关断PWM输出
5、增强的安全性
-集成功能,支持IEC60730安全标准Class B(Fail-Safe)
-实现系统自动防故障,减少软件负担
PGA: Programmanle gain amp, S/H: sample & hold circuit
* The left figure only shows an image, not the actual layout.
目标应用
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高端变频空调、洗衣机、通用变频器、机器人等。
借助于RX66T RX72T高性能的RXV3内核及丰富的功能单元,可以轻松实现最多四个电机的单芯片驱动系统。这里以三电机加传感器的应用为例。
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两个timer单元GPTW和MTU3可实现PWM波控制及位置传感器反馈控制。
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可实现0到100%占空比的三相互补PWM波输出,自动插入死区时间及自定义时间启动ADC。
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反馈控制,可捕获从编码器过来的位置及速度反馈信号。
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加入了PWM输出使能单元POE,可以在异常情况下快速关断MTU和GPT的PWM输出,整个过程不需要软件参与,对电机进行快速安全保护。异常情况包括通过比较器抓获的过流过压,时钟工作异常,PWM波输出异常等情况。
内置三个独立的高速12位ADC模块,可实现无位置传感器的电流反馈控制。
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最快达到1us的高速转换速度。
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支持三路采样保持电路,可实现对三相电流的同步连续采样。
还有内置的比较器和伪差分运算放大器等,进一步减少BOM成本。
来源:瑞萨MCU小百科
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王雅洁,高级工程师,汽车数字产品营销部,汽车解决方案事业部,瑞萨电子有限公司
由于全球各地的环保监管日趋严格,汽车电气化趋势加快了混合动力汽车(HEV)的发展,电机独立控制和同步工作变得更加复杂。为了满足要求,需要处理高通信负荷并进行更多诊断工作,以达到目标ASIL安全等级。显然,优化这些工作的解决方案是将多个逆变器控制系统集成到一个ECU中,由单个高度专业化MCU进行操作。
按照这样的概念,多个逆变器控制环路之间的同步可在一个控制器内部实现,从而实现高通信带宽和低延迟。此外,由于选择了符合ASIL标准的目标器件,诊断和功能安全的实现将变得更加简单。集成解决方案的另一大优点是高度优化的物料清单(BOM),它可减小元器件所占空间,这对于整体系统的概念设计而言都是非常受欢迎的。
瑞萨RH850/C1M-Ax微控制器(MCU)提供了用于电力驱动的新一代逆变器,适合成本高度优化的ASIL-C汽车驱动电机控制系统。这款MCU的关键特性有利于降低整体系统成本。这些特性包括:
● 嵌入式电机控制IP(EMU3),可以降低CPU负载并实现更多功能集成;
● 嵌入式旋转变压器数字转换器(RDC),可以减少元器件数量并减少占用PCB空间;
● 这款MCU可以连接多种类型的位置传感器,例如旋转变压器和电感式传感器。
瑞萨电子为RH850/C1M-A2推出的“易于入门计划”包括提供样例、硬件入门套件、所需的文档、MCAL以及其他应用相关软件,让用户能够在线评估此产品解决方案。
详阅请点击下载《易于入门,适用于驱动电机控制的32位MCU RH850/C1M-A》
来源:瑞萨电子
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东芝电子元件及存储装置株式会社(“东芝”)今日宣布,已开始量产M4K组12款面向电机控制的新产品,这也是TXZ+TM族高级系列的首批产品。东芝还将于2021年8月开始量产M4M组的其他10款产品。M4K组和M4M组微控制器都将以40纳米工艺生产,同属TXZ4A+系列。
上述产品使用搭载FPU的Arm Cortex-M4内核,运行频率高达160MHz,集成了电机控制电路A-PMD(高级可编程电机驱动器)、32位编码器A-ENC(高级编码器)和矢量引擎A-VE+(高级矢量引擎+)。
上述产品最多搭载三单元高速、高分辨率12位模数转换器,可以为交流电机、直流无刷电机和各种逆变器控制提供理想的解决方案。
M4K组集成UART、SPI和I2C通用通信接口,而M4M组还采用了CAN通信接口。两个产品组合均具备ROM、RAM、ADC和时钟自诊断功能,有助于客户通过IEC60730 Class B功能安全认证。两个产品组都实现了低电流消耗和高功能,同时能与现有的TXZTM族M4K(2)组保持良好的兼容性。
相关文档、附实际使用示例的示例软件、评估板和控制外围设备接口的驱动程序软件均随部件配套提供。为满足不同需求,我们还同全球Arm生态合作伙伴一道提供开发环境。
新产品的主要特性:
- 搭载FPU的高性能Arm Cortex-M4内核,最大160MHz
- 电机与变频器控制功能和通信接口
- IEC60730 class B功能安全自诊断功能
应用:
- 面向消费家用电器和工业设备的电机控制
- 空调、洗衣机、通用变频器、电源调节器、机器人等
规格:
如需了解相关新品的更多信息,请访问以下网址:
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/microcontro...
如需了解相关东芝微控制器的更多信息,请访问以下网址:
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关于东芝电子元件及存储装置株式会社
东芝电子元件及存储装置株式会社是先进的半导体和存储解决方案的领先供应商,公司累积了半个多世纪的经验和创新,为客户和合作伙伴提供分立半导体、系统LSI和HDD领域的杰出解决方案。
公司22,000名员工遍布世界各地,致力于实现产品价值的最大化,东芝电子元件及存储装置株式会社十分注重与客户的密切协作,旨在促进价值共创,共同开拓新市场,公司现已拥有超过7,100亿日元(65亿美元)的年销售额,期待为世界各地的人们建设更美好的未来并做出贡献。
如需了解有关东芝电子元件及存储装置株式会社的更多信息,请访问以下网址:https://toshiba-semicon-storage.com
电机控制中MCU的选择应该如何考虑?
cathy 在 提交