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[方案]ADIADSP-CM40xF系列MCU马达控制参考方案

2017-11-23 11:32 PM| 发布者: 王利芳aa| 查看: 2779| 评论: 0

摘要: ADI公司的ADSP-CM40xF系列是基于ARM®Cortex-M4内核的混淆信号处理器,浮点单位工作频率高达240MHz,集成了高达384KBSRAM,2MB闪存,加快器和用于马达控制和光伏(PV)逆变器控制的外设,以及包罗两个16位SAR型ADC和两个12 ...

ADI公司的ADSP-CM40xF系列是基于ARM® Cortex-M4内核的混淆信号处理器,浮点单位工作频率高达240MHz,集成了高达384KB SRAM,2MB闪存,加快器和用于马达控制和光伏(PV)逆变器控制的外设,以及包罗两个16位SAR型ADC和两个12位DAC的模拟模块.主要用在马达控制和PV逆变器等.本文先容了ADSP-CM40xF系统特点,框架图以及包罗ADSP-CM408 控制焦点板和PMSM FOC 控制功率底板的评估模块CM408 MBD运动控制EVM主要特点,电路图,质料清单和PCB设计文件.

The ADSP-CM40xF family of mixed-signal control processorsis based on the ARM® Cortex-M4TM processor core with floatingpointunit operating at frequencies up to 240 MHz and integratingup to 384KB of SRAM memory, 2MB of flash memory,accelerators and peripherals optimized for motor control andphoto-voltaic (PV) inverter control and an analog module consistingof two 16-bit SAR-type ADCs and two 12-bit DACs. TheADSP-CM40xF family operates from a single voltage supply(VDD_EXT/VDD_ANA), generating its own internal voltagesupplies using internal voltage regulators and an external passtransistor.

This family of mixed-signal control processors offers low staticpower consumption and is produced with a low-power and lowvoltagedesign methodology, delivering world class processorand ADC performance with lower power consumption.

By integrating a rich set of industry-leading system peripheralsand memory, the ADSP-CM40xF mixed-signalcontrol processors are the platform of choice fornext-generation applications that require RISC programmability,advanced communications and leading-edge signalprocessing in one integrated package. These applications span awide array of markets including power/motor control, embedded industrial, instrumentation, medical and consumer.

Each ADSP-CM40xF family member contains the followingmodules.
• 8 GP timers with PWM output
• 3-phase PWM units with up to 4 output pairs per unit
• 2 CAN modules
• 1 two-wire interface (TWI) module
• 3 UARTs
• 1 ADC controller (ADCC) to control on-chip ADCs
• 1 DAC controller (DACC) to control on-chip DACs
• 1 Sinus Cardinalis (SINC) filter
• 1 Harmonic Analysis Engine (HAE)
• 1 SPI connected to internal SPI flash memory
• 1 watchdog timer unit
• 3 capture timer units
• 1 cyclic redundancy check (CRC)

ADSP-CM40xF系统特点:

Up to 240MHz ARM Cortex-M4 with floating-point unit
24-channel Analog Front End (AFE) with 16-bit ADCs
128K Byte to 384K Byte zero-wait-state L1 SRAM with
16K Byte L1 cache
Up to 2M Byte flash memory
Single 3.3 V power supply
Package Options:
176-lead (24 mm × 24 mm) LQFP package
120-lead (14 mm × 14 mm) LQFP package
212-ball (19 mm × 19 mm) BGA package
Static Memory Controller (SMC) with asynchronous memoryinterface that supports 8-bit and 16-bit memories
Enhanced PWM units
Four 3rd/4th order SINC filters for glueless connection ofSigma-Delta modulators
Hardware-based Harmonic Analysis Engine
10/100 Ethernet MAC with IEEE 1588v2 support
Full Speed USB On-the-Go (OTG)
Two CAN (controller area network) 2.0B interfaces
Three UART ports
Two Serial Peripheral Interface (SPI-compatible) ports
Synchronous serial port
Eight 32-bit GP timers, three Capture Timing units
Four Encoder Interfaces, 2 with frequency division
One TWI unit, fully compatible with I2C bus standard
Lightweight security
ANALOG FRONT END
Two 16-bit SAR ADCs with up to 24 multiplexed inputs,supporting dual simultaneous conversion in 380 ns (16-bit,no missing codes)
ADC controller (ADCC) and DAC controller (DACC)
Two 12-bit DACs
Two 2.5 V precision voltage reference outputs

图1{京电港论坛}. ADSP-CM40xF系列框架图

图2{京电港论坛}. ADSP-CM40xF系列Cortex-M4框架图

评估模块CM408 MBD运动控制EVM

CM408 MBD Motion Control EVM包罗Oscar-Skylight Motion Control EVM(PMSM FOC 控制功率底板)和ADI M4 Control Card(ADSP-CM408 控制焦点板) 两部门,设计中充实思量到了工业上对隔离的要求,具有完全隔离的CAN、RS-485、RS-232、Ethernet通讯接口以及控制部门和高压功率部门的完全隔离。

软件部门接纳了MBD(Model-based design),接纳Matlab& Simulink 工具对电机控制举行建模,并自动产生控制部门焦点代码,可以大大加快伺服电机控制软件的开辟流程,而且提供完善可靠的代码,可以在前期研发阶段让工程师更关注与算法自己而不是陷入复杂的编码和修改代码的过程,以加快产物创新和新技能研发的过程。

EVM 接纳的ADSP-CM408F数字模拟混淆信号处理器具有以下特点:

双通道16位SAR ADC,无失码,13+ ENOB,转换速率达380ns,适应于高精度闭环控制应用。
240 MHz ARM Cortex M4内核集成浮点运算单位,可支持高级编程模型和复杂算法。
384KB SRAM和2MB闪存,从容应对大步伐。
高级PWM和定时器功能,可有效提升转矩颠簸和电机性能。
SINC滤波器,可无缝毗连AD74xx隔离式转换器,实现高精度隔离电流采样。
谐波分析引擎,可兼容并网毗连(用于太阳能逆变器设备)。
以太网和USB接口,支持网络接口。
2个CAN接口、3个UART、2个SPI、2个SPORT、8个32位定时器、2个双线接口和4个正交编码器接口。
16位异步存储器总结,可毗连外置SRAM或FPGA。
24x24 176引脚LQFP封装,搭载91个GPIO引脚和16个ADC输入引脚,专门针对电机控制应用而优化。
最高支持105℃的情况工作温度,适用于工业应用

图3{京电港论坛}.评估模块CM408 MBD运动控制EVM外形图

ADI M4 Control Card(ADSP-CM408 控制焦点板) 具有以下功能:

完整的ADSP-CM408F最小系统,Boot Switch、时钟及复位电路。
4个LED 和3 个按键方便步伐调试使用。
隔离通讯接口2个CAN接口、1个RS-232、1 个RS-485接口。
USB OTG 接口、一个100M 以太网接口。
PWM 及ADC 引出,方便对电机控制信号举行测试。
2 路SINC 滤波器输入接口,直接毗连毗连ADUM74XX 系列Σ-Δ隔离ADC。
Timer、CNT 等电机控制需要的引脚均用2.54 排针引出,方便客户毗连自己的功率底板。

Oscar-Skylight Motion Control EVM (PMSM FOC 控制功率底板)具有如下功能:

控制板毗连接口,可与ADI M4 Control Card 举行直接毗连,由其提供控制信号。
所有控制和反馈信号均接纳ADI 高速磁隔离芯片举行隔离。
功率驱动部门接纳仙童FSBB20CH60C 600V/20A智能功率模块,具有OCPLVO

具有多种相电流采样方式,可通过Σ-Δ ADC 和ADSP-CM408 内置的SINC 滤波器举行电流采样,也可通过霍尔电传播感器和ADSP-CM408 内置16bit ADC 采样。

多种传感器接口,具有霍尔传感器接口、旋转编码器接口、旋转变压器接口(AD2S1210实现),用来毗连传感器获取电机的速度和位置信号。

    通过两块板子的配合,CM408 MBD Motion Control EVM具有电机控制需要的根本接口及功能模块,配合MBD 软件可以实现完整的电机控制功能。

图4{京电港论坛}.ADI M4 Control Card(ADSP-CM408 控制焦点板)外形图

图5{京电港论坛}.Oscar-Skylight Motion Control EVM (PMSM FOC 控制功率底板)外形图

针对电机控制系统,ADI公司能够提供涵盖信号链中所有重要器件的完整办理方案,相关产物包罗了模数/数模转换器、放大器、嵌入式处理器、iCoupler®数字隔离器和电源管理器件。这些高性能的器件和增加系统集成度有助于实现更新型的拓扑布局设计,为客户实现系统的差别化设计带来代价。

ADSP-CM4xx混淆信号控制处理器接纳ARM Cortex M4处理器内核,集成高精度ADC、数字加快器和滤波器、SRAM和闪存以及丰富的外设。ADSP-CM4xx处理器适用于要求高性能实时控制和模拟转换的广泛嵌入式应用。

CM408 MBD Motion Control 包罗EVM  Oscar-Skylight Motion Control EVM (PMSM FOC控制功率底板)  和ADI M4 Control Card (ADSP-CM408控制焦点板)两部门,设计中充实思量到了工业上对隔离的要求,具有完全隔离的CAN、RS-485、RS-232、Ethernet通讯接口以及控制部门和高压功率部门的完全隔离。

软件部门接纳了MBD(Model-based design),接纳Matlab& Simulink工具对电机控制举行建模,并自动产生控制部门焦点代码,可以大大加快伺服电机控制软件的开辟流程,而且提供完善可靠的代码,可以在前期研发阶段让工程师更关注于算法自己而不是陷入复杂的编码和修改代码的过程,以加快产物创新和新技能研发的过程。

图6{京电港论坛}.Oscar-ADI M4 Control Card电路图(1)

图7{京电港论坛}.Oscar-ADI M4 Control Card电路图(2)

图8{京电港论坛}.Oscar-ADI M4 Control Card电路图(3)

图9{京电港论坛}.Oscar-ADI M4 Control Card电路图(4)

图1{京电港论坛}0.Oscar-ADI M4 Control Card电路图(5)

图1{京电港论坛}1.Oscar-ADI M4 Control Card电路图(6)

图1{京电港论坛}2.Oscar-ADI M4 Control Card电路图(7)

图1{京电港论坛}3.Oscar-ADI M4 Control Card电路图(8)

图1{京电港论坛}4.Oscar-ADI M4 Control Card电路图(9)

图1{京电港论坛}5.Oscar-ADI M4 Control Card电路图(10)

图1{京电港论坛}6.Oscar-ADI M4 Control Card电路图(11)

图1{京电港论坛}7.Oscar-ADI M4 Control Card电路图(12)

图1{京电港论坛}8.Oscar-ADI M4 Control Card电路图(13)

图1{京电港论坛}9.Oscar-ADI M4 Control Card电路图(14)

图2{京电港论坛}0.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(1)

图2{京电港论坛}1.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(2)

图2{京电港论坛}2.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(3)

图2{京电港论坛}3.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(4)

图2{京电港论坛}4.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(5)

图2{京电港论坛}5.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(6)

图2{京电港论坛}6.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(7)

图2{京电港论坛}7.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(8)

图2{京电港论坛}8.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(9)

图2{京电港论坛}9.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(10)

图3{京电港论坛}0.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(11)

图3{京电港论坛}1.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(12)

图3{京电港论坛}2.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(13)

图3{京电港论坛}3.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(14)

图3{京电港论坛}4.ADI M4 Control Card PCB设计原理图(1)

图3{京电港论坛}5.ADI M4 Control Card PCB设计原理图(2)

图3{京电港论坛}6.ADI M4 Control Card PCB设计原理图(3)

图3{京电港论坛}7.ADI M4 Control Card PCB设计原理图(4)

图3{京电港论坛}8.ADI M4 Control Card PCB设计原理图(5)

图3{京电港论坛}9.ADI M4 Control Card PCB设计原理图(6)

图4{京电港论坛}0.ADI M4 Control Card PCB设计原理图(7)

图4{京电港论坛}1.ADI M4 Control Card PCB设计原理图(8)

图4{京电港论坛}2.ADI M4 Control Card PCB设计原理图(9)

图4{京电港论坛}3.ADI M4 Control Card PCB设计原理图(10)

图4{京电港论坛}4.ADI M4 Control Card PCB设计原理图(11)

图4{京电港论坛}5.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(1)

图4{京电港论坛}6.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(2)

图4{京电港论坛}7.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(3)

图4{京电港论坛}8.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(4)

图4{京电港论坛}9.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(5)

图5{京电港论坛}0.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(6)

图5{京电港论坛}1.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(7)

图5{京电港论坛}2.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(8)

图5{京电港论坛}3.Oscar-Skylight Motion Control EVM电路图(9)

ADI M4 Control Card质料清单见:
ADI M4 Control Card质料清单.zip
Oscar-Skylight Motion Control EVM质料清单见:
Oscar-Skylight Motion Control EVM质料清单.zip

详情请复制打开此衔接地址:
http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADSP-CM402F_CM403F_CM407F_CM408F_CM409F.pdf
ADSP-CM402F_CM403F_CM407F_CM408F_CM409F.pdf
ADSP-CM408 MBD Motion Control EVM_V1.0.pdf
2.SCH - Oscar-Skylight Motion Control EVM_V1.0.pdf
2.SCH - ADI M4 Control Card_V1.0.pdf
2.PCB - ADI M4 Control Card_V1.0.zip
2.PCB - Oscar-Skylight Motion Control EVM_V1.0.zip


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