伺服驱动开发套件
2014英飞凌XMC 微控制器巡回研讨会
本伺服套件的目的和特点
目的
提供初步的硬件参考设计
提供初步的测试参考代码
帮助用户了解芯片的功能
缩短用户的学习、设计周期
加快研发进程
特点:开放,灵活,贴近实际,易于开发
支持多种位置传感器接口
―旋转变压器、正交式光电编码器、以及霍尔等位置传感器
支持不同种类三相交流电机
提供多种通讯接口
参考代码实现多种控制
―电流闭环、速度闭环、位置闭环的控制
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主要内容
套件介绍
硬件描述
参考代码
操作说明
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套件介绍
由上层的控制板和下层的功率板组成。
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套件介绍
总体功能框图
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控制板
旋转变压器接口
霍尔及正交光电编码器
接口
CAN通讯接口
脉冲/方向位置接口及用户自定义
输入
USB通讯接口
RS232通讯接口
RS422通讯接口
功率信号接口
外扩DAC(SPI)接口
Debug,Debug+ETM
XMC4500
USB
U2C0
CAN
JTAG
DSD
DAC
ADC
CCU8
U1C1U0C0
POSIF
CCU4
IO
功率板
功率信号接口
电源输入
辅助电源
驱动模块
模拟量采样
状态反馈
电源输入
电机输出
泄放及电源输入
代表套件提供的
对外接口
硬件描述:总体
控制板的硬件接口
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硬件描述:总体
接口汇总表
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板上编号 名称 说明
CN1 CAN接口 IEEE 1394A
CN2 编码器/霍尔接口 DB15/Female
CN3 USB接口 MiniUSB-B
CN4 脉冲/方向及模拟输入接口
CN5 旋转变压器接口 DB9/Female
CN6 RS232接口 DB9/Female
CN7 RS422接口 RJ45,支持外接操作面板
CN8 外扩DAC接口
CN30 功率板接口
JP1, JP2 启动跳线 XMC4500启动模式选择
JP3 Debug+ETM接口 支持SWD+SWO调制模式
JP4 Debug接口 支持SWD调试模式
W1-W4 激磁选择跳线
硬件描述:电源
电源
控制板上有+15V/-15V,+5V,+3.3V四种电压
+5V电源可通过功率板接口由功率板供给,也可通过USB接口提供
LD4,LD3,LD5和LED1作为+15V,-15V,+5V,+3.3V的指示灯。
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+5
VDD5_USB
104C80
100uF
C121
22uF
C123
-15V
GND1
22uF
C122
104
C81
+15V
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
CN30
J1A
RS1A
D7
REF
IN4
IN3
EN2
GND1
PG8
OUT6
OUT5
FB/NC7
TPS76801Q
U11+5
+3.3
22uFC83
22uFC84
30.1KF
R104
53.6KF
R1023.3uH
L3
300RJ
R98
LED
LED1
249KF
R100
22uF
C82
22uFC85
1KF
R101
1KF
R103
REF2
GND1
3.3uH
L9
LED Green
LD5
VDD5_USB
2KFR99
LED Green
LD4
+15V
5.6KFR96
LED Green
LD3
-15V
5.6KFR97
GND1
硬件描述:复位与调试
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硬件描述:DSD旋变接口
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旋变
XMC4500
DSDUSIC U2C0
DSD
激磁电路
SPI
EXC
/EXC
REFP1
REFN1
PWMP
PWMN
PRIMA
PRIMB
PRIMP_EX
PRIMN_EX
REFP
REFN
W1
W3W2
W4
R146
R150
R145
R149
R156
R160
R163
R167
R166
R162
R159
R155
COSLO_F
COS_F
SINLO_F
SIN_F
AD2S1200
ADS1205
硬件描述:DSD旋变接口
DSD相关电路
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硬件描述:DSD旋变接口
AD2S1200相关电路
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硬件描述:DSD旋变接口
信号选择
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硬件描述:DSD旋变接口
跳线选择汇总表
注,R145/R149, R146/R150各为一组选择,应用时只可选择一组。如果同时焊接,会造成短路,损坏器件。短路子W1/W3, W2/W4同上所述,只能选取其中一组使用。
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工作模式 电源 0 欧电阻 短路子
单 DSD 模块工作 +5V,+15V R145,R149 不需要
单 DSD 模块工作 (驱动增强)
+5V,+15V,-15V R146,R150 W2,W4
AD2S1200 和 DSD 同时工作
+5V,+15V,-15V R146,R150 W1,W3
硬件描述:光电编码器接口
A、B、Z及霍尔信号输入
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硬件描述:通讯接口
控制板上的通讯接口包括:
USB接口、
CAN接口、
RS232接口、
RS422接口,
外扩DAC接口(SPI)
使用USB供电时,控制板应脱离功率板单独运行。有些台式机、笔记本的USB供电电源能力较弱,可能引起控制板不正常工作,此时应外接5V电源。如果由功率板供电时,在连接USB接口之前,确保电脑的地线和伺服套件的功率地线隔离,避免造成损坏!
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10KFR38
VDD5_USB
P0_9
USB_D-
USB_D+
4.7uF
C26
33RJR36
33RJR37
1
2
3
4
5
USB- MiniB
CON4
USB
+3.3
ESD8V0L2B-03L
Z4
ESD8V0L2B-03L
Z3
0.1uFC18
1KFR22
100RJR23
CANH
CANL
Rs8
CANH7
RXD4
Vref5
CANL6
VCC3
TXD1
GND2
MCP2551
U5
+5
+5
SMBJ8.0CAZ1
SMBJ8.0CA
Z2
CANT
CANR
1
2
3 4
5
6
8 7
SM-6
DB1
CANH CANL
C1+1
VS+2
C1-3
C2+4
C2-5
VS-6
T2OUT7
R2IN8
R2OUT9
T2IN10
T1IN11
R1OUT12
R1IN13
T1OUT14
GND15
VCC16
MAX232
U6
1uFC25
1uFC24
0.1uFC22
1uF
C23
1uFC21
RS232_T
RS232_R
232T
1
6
2
7
3
8
4
9
5
shie
ld
DR9
CON2
+5
+5
232R
PE
422R5V1KFR21
IN422B
IN422A
OUT422Z
OUT422Y
R
D
VCC1
RO2
DI3
GND4
Z6
B7
A8
Y5
SN75179BD
U40.1uF
C17
IN422B
IN422A
OUT422Z
OUT422Y1
2
3
4
5
6
7
8
JCON8P
JP6
+5
U1C1422T
+5
+5
硬件描述:其他接口
脉冲/方向信号输入
可调电位器、LED状态指示
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+5
1N4148
D6
300RJ
R48
1N4148
D5
1KF
R52
1KF
R49
390RJR46
390RJ
R47
300RJ
R51
1KFR53
1KFR50
1A1
1K2
2K3
2A4
VCC8
VO17
VO26
GND5
HCPL0630
IC2
1213
74HC14
IC1F
1011
74HC14
IC1E
SIGN
/SIGN
PULSE
/PULSE471
C30
471
C32
102
C29
102
C31XDIR
XPLUS
1
2
3
4
Header 4
P1
20K
R93
REF
POT
AN_G1CH1
GND1
LED Green
LD2
1.5KFR95
+3.3
LED
LED Green
LD1
1.5KF
R94
+3.3
LED2
硬件描述:其他接口
信号测试点
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TP53 PWM0L
TP57 PWM0H
TP60 PWM1L
TP64 PWM1H
TP71 PWM2L
TP77 PWM2H
TP82 PRO1
TP88 PRO3
TP95 PRO4
TP101 PRO5
TP108
TP111
U0C0232R
TP114
U0C0232T
TP58
TP61
TP65
TP72
TP78
TP83
TP89
TP96
TP102
TP106
TP109
TP112
TP115
ADC_IU_XMC
ADC_IV_XMC
ENCODER_A
ENCODER_B
ENCODER_Z
HALL_U
HALL_V
HALL_W
MCLK
MCOS
MSIN
SINA
SINB
TP117
PWMP
PWMN TP118 COSA
COSB DAC0
DAC1
PRIMA
PRIMB
IU
IV
TP59
TP62
TP66
TP73
TP79
TP84
TP90
TP97
TP103
TP107
TP110
U1C1422R
U1C1422T
U2C0CLK
U2C0CS
U2C0DIN
U2C0DOUT
TP113
TP116
PULS
DIR
TP54 TP55
主要内容
套件介绍
硬件描述
参考代码
操作说明
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参考代码:代码结构
总体结构
MCUINIT 文件夹
MCTRL 文件夹
MSYS文件夹
Main.c
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工程文件夹
MCTRL
MCUINIT
MSYS
Startup
Debug
.settings
Main.c
其他文件
XMC4500外设配置文件
系统软件文件夹
系统配置文件夹
启动部分代码,由编译
器添加
编译器生成
编译器生成
主函数文件
工程文件/调试文件
参考代码:代码结构
Main.c结构
初始化任务,包括外设初始化和参数初始化;
背景循环任务,包括定时通讯、状态监测、及故障报警等。
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参考代码:代码结构
MCUINIT 文件夹
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MCUINIT
模数转换初始化,模拟量转换ADC.C/ADC.H
CCU4.C/CCU4.H
CCU8.C/CCU8.H
DAC.C/DAC.H
DSD.C/DSD.H
ERU.C/ERU.H
GPIO.H
IO.C/IO.H
MCUINIT.C/MCUINIT.H
NVIC.C/NVIC.H
POSIF.C/POSIF.H
U0C0ASC.C/U0C0ASC.H
U1C1ASC.C/U1C1ASC.H
U2C0ASC.C/U2C0ASC.H
CCU4初始化,编码器操作
CCU8初始化,PWM产生
DAC初始化,数字量输出
DSD初始化,旋转变压器信号
处理
ERU初始化,配置TRAP功能
IO配置,配置相关IO口
IO端口访问宏定义
中断配置和中断向量表生成
POSIF配置,编码器操作
U0C0配置,用于RS232通信
U1C1配置,用于RS422通信
U1C1配置,用于SPI通信
调用各外设配置文件
参考代码:代码结构
MCTRL 文件夹
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MCTRL
串口接收和发送程序ASCUSER.C/ASCUSER.H
DSDPOS.C/DSDPOS.H
ENCProc.C/ENCProc.H
ISRPROC.C/ISRPROC.H
MCCAL.C/MCCAL.H
MCTRL.H
MFOC.C/MFOC.H
MFUNC.C/MFUNC.H
MPID.C/MPID.H
MPID16.C/MPID16.H
MPosCal.C/MPosCal.H
MPROC.C/MPROC.H
MTCAL.C/MTCAL.H
MVBCAL.C/MVBCAL.H
MVRCAL.C/MVRCAL.H
SVPWM.C/SVPWM.H
TaskIO.C/TaskIO.H
TaskKEY.H
TaskLED.H
LibTasklib.a
TaskMON.C/TaskMON.H
TaskU1C1.C/TaskU1C1.H
UEVPROC.C/UEVPROC.H
SimEEPROM.C/SimEEPROM.H
DSD解调程序
编码器处理计算
CCU8主中断函数
电流采样与计算
FOC计算文件
H文件包含文件
PID程序(32位)
PID程序(16位)
位置计算函数
电机控制相关函数
转矩计算
子程序文件
转速反馈计算
转速给定计算
SVPWM计算文件
任务文件,分别完成:
IO输入/输出动作
操作小盒按键处理
操作小显示码生成
操作小盒通信
系统监控
U1C1配置,用于RS422通信
模拟EEPROM进行参数读写
U1C1配置,用于RS422通信
参考代码:代码结构
MSYS文件夹
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MSYS
结构体定义、IO操作定义、
ADC读定义DEF0.H
DEF1.H
GOLBAL0.C
GOLBAL0.H
MPARA.H
MSYS.H
SYSCONFIG0.H
TABLE1.C
TABLE2.C
各变量取值、告警码、参数索
引值等宏定义
全局变量定义
全局变量声明
电机参数定义,调试用
程序配置文件
常数数组:SVPWM、奇偶校
验、正余弦等
用户参数定义
H文件包含文件
参考代码:外设功能和应用
CCU8与PWM
起、停控制
三相PWM输出
Trap保护
主中断产生
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CCU80
CC80
CC81
CCU80.OUT10
CCU80.OUT11与CC80相同
CC82
CCU80.OUT20
CCU80.OUT21与CC80相同
暂未使用
CC83
Event2
Event0
Trap
Control
(Fig23-46)
Ex. Start
P0.71
From SCU
SCU.GLCCST80
2
Ex.
ModulationLo
Lo
CR
PR
OUT00
OUT01
ST
参考代码:外设功能和应用
CCU8与PWM的时序逻辑
1启动定时器
2停止PWM输出
3恢复PWM输出
4保护
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1
Compare
Value
Period
Value
CC80.OUT00
CC80.OUT01
SCU.
GLCCST80
P0.7
Compare
Value
CC80.ST
Period
Value
TrapEx. Modulation
Gate output
CC80.ST
CC80.Timer
Start
2 34
Ex. Modulation
Gate output
参考代码:外设功能和应用
POSIF&CCU4与编码器
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XMC4500
A
B
Z
P1.3
P1.2
P1.1
POSIF0.IN0A
POSIF0.IN1A
POSIF0.IN2A
POSIF0
1. 设置寄存器PCONF
参考代码:外设功能和应用
POSIF&CCU4与编码器
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XMC4500
HALL_W
HALL_V
HALL_U
P2.5
P2.4
P2.3
POSIF1.IN0A
POSIF1.IN1A
POSIF1.IN2A
POSIF1
参考代码:外设功能和应用
CCU4与编码器
位置
速度
清零
脉冲输入
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CCU40
CC40
CC41
CC42
CC43
Event1
Event0
Ex. Count
Direction
Ex. Count
P1.1
XMC4500
Hi
Lo
CC41.ST
Event0 Ex. Count
Event1Ex. Count
Direction
Hi
Lo
Event0 Ex. Count
Event2 Interrupt
POSIF0
OUT0
OUT1
OUT2
OUT3
Event0 Ex. Clear
Event1Ex.
Capture/Clear
P2.8
P2.7
PULS
DIR
ENCODER_Z
Timer
Dir
Timer
Dir
CC41.ST
CC43.Timer
Cap&Clear
参考代码:外设功能和应用
DSD与旋变
时钟:10MHz
滤波:三级(三阶)滤波
抽取:64抽取率
整形:延时2个周期
积分:积分周期16
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DSMOD
DSMOD
激磁信号产生
SIGN 同步
旋转变压器 XMC4500
Clock
ADS1205
P5.1
P1.0
P1.7
P3.4
P1.6
P6.5
MCOS
MCLK
MSIN
PWMP_XMC
PWMN_XMC
滤波(3)
抽取(64)
DSD CH2
整形(2)
积分(16)
滤波(3)
抽取(64)
整形(2)
积分(16)
DSD CH3
CH2.RESM
(COS)
CH3.RESM
(SIN)
参考代码:外设功能和应用
ADC与电流采样
队列
触发源
结果
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ADC0
ch0
ch1
ch2
ch3
ch4
ch5
ch6
ch7
SCAN
Arbitration
4:1
ch7
ch1
A/D
1:16 Prio MID
ADC1 ADC2 ADC3
Wait4start
Trigger
Trigger
CCU80.
SR2
Scan SourceQueue Source
Quad ADC
ch5
Result1
Result2
Result7
Result5
ch2
ch5
ch1
ch7
none
none
none
noneReFill
ReFill
ReFill
ReFill
ReFill
ReFill
ReFill
ReFill
Wait4start
Prio HIGH
idle ch1ch7 ch5 ch2 ch7 ch5 ch2 ch1 idle ch7 ch5 ch1
Actual Sequence
idle ch2
Trigger
Queue
ch7
ch6
ch5
ch4
ch3
ch2
ch1
ch0
ch31
ch30
ch29
ch28
ch27
ch26
ch25
ch24
SCAN Background Source
Prio LOW
Wait4start
FIR
IIR
∑
Δ
Trigger
Queue
Trigger
Queue
ch2
P14.7
P14.5
P14.2
P14.1
XMC4500
ADC_IU_XMC
ADC_IV_XMC
POT
参考代码:外设功能和应用
USIC与通讯
RS232
RS422
SPI
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XMC4500
USIC0
U0C0(UART)
U0C1
USIC1
U1C0
U1C1(422)
USIC2
U2C0(SPI)
U2C1
P1.4 U0C0DX0B
P1.5 U0C0DOUT0U0C0232R
U0C0232T
P3.15 U1C1DOUT0
P3.14 U1C1DX0B
P3.7 U2C0DX0C
P5.4 U2C0SELO1
P5.2 U2C0SCLKOUT
P5.0 U2C0DOUT0
U1C1422R
U1C1422T
U2C0DOUT_XMC
U2C0CLK_XMC
U2C0CS_XMC
U2C0DIN
USIC0_5_IRQHandler
USIC1_4_IRQHandler
USIC1_5_IRQHandler
参考代码:实现的控制功能
位置传感器
支持正交增量式编码器输入
支持旋转变压器输入
控制模式
力矩(电流)闭环控制
速度闭环控制
― 1rpm-额定转速(2500线编码器)
位置闭环控制
控制方式
模拟输入控制
操作面板控制(硬件需选配)
故障报警(操作面板)
过流报警
过压报警
欠压报警
泄放报警
控制模式、参数在线调整(操作面板)
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转速指令
转矩指令
PI
IPARKSVPWM VSI M
PARK CLARK
位置处理
速度计算
re
rere
*
re
di
qi
*
qi
*
di
+
+
+
-
-
-
ui
vi
wi
正反转禁止 ± 0
转矩限制
转矩电流计算
*
eT
正反转禁止
±
转矩限制
主要内容
套件介绍
硬件描述
参考代码
操作说明
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操作说明
接线
将电机线接口,码盘线接口连接至相应接口。
将电源线接入220V市电。
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操作说明
操作面板会显示如下界面
刚通电时,会显示图 35 1)约两秒钟,如果自检正常,则转入图2)。
若自检有故障,会进入错误报警,如图3)所示。
进入正常待机界面时,可长按RUN键,电机默认在速度控制模式,速度指令为2rpm。运行后,电机会缓慢匀速旋转。
短按STOP键,可停止电机运行。
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操作说明
在运行和停止状态下,均可按ESC键进入参数显示(L0)和参数设置模式(P0,P1)。
1. 短按ESC键,退至上级目录L0,图4。(到达顶层目录时,会在L0和图2间切换。)
2. 可通过和键选择L0、P0和P1区。
3. 选择P0区,按ENTER键确认,图5。
4. 进入P0区,显示P0区第一个参数,P0-00,图6。
5. 通过、和键选择到P0-11,按ENTER键确认。
6. 默认显示2(代表2rpm的转速设定值),通过、和键设定新的转速指令,比如1000(代表1000rpm),按ENTER键确认。(如在运行过程中,电机会加速至1000。如在停止状态下,则下次运行时,电机会加速至1000rpm)。
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