工業(yè)4.0作為一場制造、產(chǎn)品及服務趨于智能化的技術革命，正在深刻改變傳統(tǒng)工業(yè)形態(tài)。越來越多的高度集成器件參與到工業(yè)設備運行中。現(xiàn)代工業(yè)離不開具有計算、處理與控制能力的MCU，因其可在有限的空間及電力條件下應用于多種場景，如顯示控制、動作控制、實時決策、能量轉(zhuǎn)換等操作都需要MCU來實現(xiàn)。

工業(yè)級MCU應用場景范圍十分廣泛，并對使用壽命、溫度、濕度、電磁輻射等有著嚴格的品質(zhì)要求。極海半導體長期深耕中高端工控市場，本期就以絕對值編碼器、高性能伺服驅(qū)動器及變頻器方案為例，詳細介紹極海半導體32位APM32位工業(yè)級MCU在工控領域的出色表現(xiàn)。

智能型絕對值編碼器前景可期

隨著工業(yè)自動化的快速發(fā)展，國產(chǎn)編碼器技術也不斷成熟，絕對值編碼器作為運動控制反饋位置回路的關鍵裝置，能將機械運動轉(zhuǎn)換為電信號，提供位置、旋轉(zhuǎn)軸速度、加速度、距離和運動方向等數(shù)據(jù)，已廣泛應用于工業(yè)自動化設備、過程控制、工業(yè)機器人、醫(yī)療設備、精密檢測設備等領域中。

復雜的工作環(huán)境要求絕對值編碼器性能表現(xiàn)優(yōu)良、長期穩(wěn)定可靠且耐用，使用MCU開發(fā)編碼器可靈活設置絕對值編碼器分辨率，提高位置精度，大大提升編碼器的智能化水平。

根據(jù)應用需求、使用環(huán)境及成本考量，極海半導體可提供2種絕對值編碼器方案：

1. 主要應用于光電式和磁電式絕對值編碼器

在該方案中，APM32F103工業(yè)級MCU主要用于讀取單圈位置、監(jiān)測電壓、計算圈數(shù)、實現(xiàn)編碼器協(xié)議等功能，需要配合編碼器單圈芯片使用。

方案1：MCU不做位置解算

2.主要應用于光電式絕對值編碼器

在該方案中，APM32F103工業(yè)級MCU主要負責采集光/磁傳感器輸出的正余弦模擬信號、監(jiān)測電壓、計算圈數(shù)、實現(xiàn)編碼器協(xié)議等功能。

方案2：MCU做位置解算

APM32絕對值編碼器方案

? 采用APM32F103工業(yè)級主流型MCU，基于Arm?Cortex?-M3內(nèi)核

? 主頻96MHz，F(xiàn)lash 16~512KB，SRAM 6~128KB

? 2個12位高精度ADC，支持16個輸入通道，實現(xiàn)高精度動態(tài)實時采樣

? 2個SPI（最大通信速度18Mbit/s），可快速讀寫編碼器單圈芯片數(shù)據(jù)

? 3 個USART，其中USART1通信速率4.5Mbit/s，可實現(xiàn)高速可靠的編碼器通信協(xié)議

? Flash頁(1KB)擦除時間≤1.51ms，可替代片外EEPROM讀寫編碼器寄存數(shù)據(jù)

? 已通過IEC 61508 SIL3功能安全認證，符合工業(yè)高可靠性標準

兼具高功率密度、低成本的一體化高性能伺服驅(qū)動器平臺

伺服驅(qū)動器是現(xiàn)代運動控制的重要組成部分，主要通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機進行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位，是傳動技術的高端產(chǎn)品，被廣泛應用于工業(yè)機器人、數(shù)控機床等自動化設備中。

極海半導體高性能伺服驅(qū)動器平臺，支持多種先進算法，包括諧振抑制、機械參數(shù)辨識、自適應陷波器、分數(shù)階控制、PWM更新等；具備優(yōu)異的業(yè)內(nèi)性能表現(xiàn)，電流環(huán)帶寬高達4KHz，速度環(huán)帶寬大于800Hz；內(nèi)置百兆EtherCAT，支持高同步周期、低時鐘抖動；采用APM32F407+FPGA+IPM 架構，具有強大的二次開發(fā)和靈活的拓展空間；支持不同功能的程序分層，明確清晰，易于封裝、協(xié)同開發(fā)和維護。

APM32高性能伺服驅(qū)動器方案

?采用APM32F407工業(yè)級高性能MCU，基于Arm?Cortex?-M4內(nèi)核

? 主頻168MHz，F(xiàn)lash 1MB，SRAM 192+4KB，SDRAM 2MB（可選）

? 采用CAN總線實現(xiàn)電機控制指令傳輸

? 配套上位機調(diào)參軟件，方便調(diào)節(jié)參數(shù)

? 內(nèi)置EMMC接口滿足與外圍FPGA高效通信應用

? 豐富外圍器件，支持電機/驅(qū)動器/減速機一體化設計，功率密度高

? 采用磁性編碼器實現(xiàn)位置反饋，更具抗震、耐腐蝕、高可靠性，結構更簡單

APM32F407在伺服驅(qū)動器平臺中作為主站MCU的作用

?開關檢測，作為人機交互接口，控制伺服電機啟停

?計算生成伺服驅(qū)動器的位置給定，如低速/高速、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)的正弦波和斜坡位置

?擔任EtherCAT通信主站，檢測從站數(shù)量、生成數(shù)據(jù)幀并通過網(wǎng)口傳輸出去

?作為串口通信，在調(diào)試時發(fā)送部分過程數(shù)據(jù)，方便數(shù)據(jù)分析及輔助調(diào)試

助力電機降耗節(jié)能的變頻器

變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。在風機、水泵、中央空調(diào)等負載設備上使用變頻調(diào)速裝置有助于降低轉(zhuǎn)速、減少能耗；同時變頻器還可應用于傳送、起重、擠壓和機床等各種機械設備控制領域，有利于提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，減少設備的沖擊和噪聲，延長設備的使用壽命。

隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到廣泛應用，極海半導體變頻器方案可根據(jù)電機實際情況提供所需電源電壓，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的。

APM32變頻器應用方案

? 采用APM32F407工業(yè)級高性能MCU，基于Arm?Cortex?-M4內(nèi)核

? 主頻168MHz，可超頻至240MHz，高效運算處理能力

? 支持外部存儲器擴展EMMC

? 支持PWM輸出和死區(qū)保護

? 支持矢量控制、V/F控制

? 高速GPIO處理響應速度

? 3個12位高精度ADC，提高變頻器響應速度，精準控制轉(zhuǎn)矩

? 3個12位高精度ADC快速的轉(zhuǎn)換速率，提高變頻器響應速度

隨著工業(yè)智能化、數(shù)字化發(fā)展，工業(yè)應用場景越來越復雜化，這就要求工業(yè)設備系統(tǒng)設計更具高效性、穩(wěn)定性、安全性。極海半導體長期聚焦于工業(yè)領域，逐步形成了市場與技術的自身優(yōu)勢，并與合作伙伴在工業(yè)應用方案及驗證方面實現(xiàn)了充分合作。

目前極海半導體32位APM32工業(yè)級MCU已在智能電網(wǎng)、光伏逆變器、充電樁、電梯控制、儀器儀表、工業(yè)打印機等領域得到了廣泛應用并保持快速增長態(tài)勢。

來源：Geehy極海半導體

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審核編輯 黃宇