工業(yè)4.0作為一場(chǎng)制造、產(chǎn)品及服務(wù)趨于智能化的技術(shù)革命，正在深刻改變傳統(tǒng)工業(yè)形態(tài)。越來(lái)越多的高度集成器件參與到工業(yè)設(shè)備運(yùn)行中?，F(xiàn)代工業(yè)離不開(kāi)具有計(jì)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(yīng)用于多種場(chǎng)景，如顯示控制、動(dòng)作控制、實(shí)時(shí)決策、能量轉(zhuǎn)換等操作都需要MCU來(lái)實(shí)現(xiàn)。

工業(yè)級(jí)MCU應(yīng)用場(chǎng)景范圍十分廣泛，并對(duì)使用壽命、溫度、濕度、電磁輻射等有著嚴(yán)格的品質(zhì)要求。極海半導(dǎo)體長(zhǎng)期深耕中高端工控市場(chǎng)，本期就以絕對(duì)值編碼器、高性能伺服驅(qū)動(dòng)器及變頻器方案為例，詳細(xì)介紹極海半導(dǎo)體32位APM32位工業(yè)級(jí)MCU在工控領(lǐng)域的出色表現(xiàn)。

智能型絕對(duì)值編碼器前景可期

隨著工業(yè)自動(dòng)化的快速發(fā)展，國(guó)產(chǎn)編碼器技術(shù)也不斷成熟，絕對(duì)值編碼器作為運(yùn)動(dòng)控制反饋位置回路的關(guān)鍵裝置，能將機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，提供位置、旋轉(zhuǎn)軸速度、加速度、距離和運(yùn)動(dòng)方向等數(shù)據(jù)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備、過(guò)程控制、工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備、精密檢測(cè)設(shè)備等領(lǐng)域中。

復(fù)雜的工作環(huán)境要求絕對(duì)值編碼器性能表現(xiàn)優(yōu)良、長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠且耐用，使用MCU開(kāi)發(fā)編碼器可靈活設(shè)置絕對(duì)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(yīng)用需求、使用環(huán)境及成本考量，極海半導(dǎo)體可提供2種絕對(duì)值編碼器方案：

1. 主要應(yīng)用于光電式和磁電式絕對(duì)值編碼器

在該方案中，APM32F103工業(yè)級(jí)MCU主要用于讀取單圈位置、監(jiān)測(cè)電壓、計(jì)算圈數(shù)、實(shí)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(yīng)用于光電式絕對(duì)值編碼器

在該方案中，APM32F103工業(yè)級(jí)MCU主要負(fù)責(zé)采集光/磁傳感器輸出的正余弦模擬信號(hào)、監(jiān)測(cè)電壓、計(jì)算圈數(shù)、實(shí)現(xiàn)編碼器協(xié)議等功能。

方案2：MCU做位置解算

APM32絕對(duì)值編碼器方案

? 采用APM32F103工業(yè)級(jí)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(gè)12位高精度ADC，支持16個(gè)輸入通道，實(shí)現(xiàn)高精度動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)采樣

? 2個(gè)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(gè)USART，其中USART1通信速率4.5Mbit/s，可實(shí)現(xiàn)高速可靠的編碼器通信協(xié)議

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

? 已通過(guò)IEC 61508 SIL3功能安全認(rèn)證，符合工業(yè)高可靠性標(biāo)準(zhǔn)

兼具高功率密度、低成本的一體化高性能伺服驅(qū)動(dòng)器平臺(tái)

伺服驅(qū)動(dòng)器是現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制的重要組成部分，主要通過(guò)位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等自動(dòng)化設(shè)備中。

極海半導(dǎo)體高性能伺服驅(qū)動(dòng)器平臺(tái)，支持多種先進(jìn)算法，包括諧振抑制、機(jī)械參數(shù)辨識(shí)、自適應(yīng)陷波器、分?jǐn)?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(dá)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(shí)鐘抖動(dòng)；采用APM32F407+FPGA+IPM 架構(gòu)，具有強(qiáng)大的二次開(kāi)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(kāi)發(fā)和維護(hù)。

APM32高性能伺服驅(qū)動(dòng)器方案

?采用APM32F407工業(yè)級(jí)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(shí)現(xiàn)電機(jī)控制指令傳輸

? 配套上位機(jī)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(yīng)用

? 豐富外圍器件，支持電機(jī)/驅(qū)動(dòng)器/減速機(jī)一體化設(shè)計(jì)，功率密度高

? 采用磁性編碼器實(shí)現(xiàn)位置反饋，更具抗震、耐腐蝕、高可靠性，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單

APM32F407在伺服驅(qū)動(dòng)器平臺(tái)中作為主站MCU的作用

?開(kāi)關(guān)檢測(cè)，作為人機(jī)交互接口，控制伺服電機(jī)啟停

?計(jì)算生成伺服驅(qū)動(dòng)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(dān)任EtherCAT通信主站，檢測(cè)從站數(shù)量、生成數(shù)據(jù)幀并通過(guò)網(wǎng)口傳輸出去

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

助力電機(jī)降耗節(jié)能的變頻器

變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。在風(fēng)機(jī)、水泵、中央空調(diào)等負(fù)載設(shè)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(shí)變頻器還可應(yīng)用于傳送、起重、擠壓和機(jī)床等各種機(jī)械設(shè)備控制領(lǐng)域，有利于提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，減少設(shè)備的沖擊和噪聲，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到廣泛應(yīng)用，極海半導(dǎo)體變頻器方案可根據(jù)電機(jī)實(shí)際情況提供所需電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。

APM32變頻器應(yīng)用方案

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

? 主頻168MHz，可超頻至240MHz，高效運(yùn)算處理能力

? 支持外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展EMMC

? 支持PWM輸出和死區(qū)保護(hù)

? 支持矢量控制、V/F控制

? 高速GPIO處理響應(yīng)速度

? 3個(gè)12位高精度ADC，提高變頻器響應(yīng)速度，精準(zhǔn)控制轉(zhuǎn)矩

? 3個(gè)12位高精度ADC快速的轉(zhuǎn)換速率，提高變頻器響應(yīng)速度

隨著工業(yè)智能化、數(shù)字化發(fā)展，工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越復(fù)雜化，這就要求工業(yè)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)更具高效性、穩(wěn)定性、安全性。極海半導(dǎo)體長(zhǎng)期聚焦于工業(yè)領(lǐng)域，逐步形成了市場(chǎng)與技術(shù)的自身優(yōu)勢(shì)，并與合作伙伴在工業(yè)應(yīng)用方案及驗(yàn)證方面實(shí)現(xiàn)了充分合作。

目前極海半導(dǎo)體32位APM32工業(yè)級(jí)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(jī)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用并保持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

來(lái)源：Geehy極海半導(dǎo)體

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審核編輯 黃宇