馬達(dá)控制MCU模塊TWR-56F8257的主要特點性能及應(yīng)用電路分析

飛思卡爾公司的TWR-56F8257是MCF56F8257馬達(dá)控制MCU模塊，采用MC56F825x / MC56F824x數(shù)字信號控制器（DSC），具有DSP的處理能力和MCU功能以及各種外設(shè)，以組成高性價比的解決方案，主要用在工業(yè)控制，家用電器，智能傳感器，防火和安全系統(tǒng)，太陽能逆變器，電池充電和管理，開關(guān)電源和電表，馬達(dá)控制，儀表和照明等。 56F8257塔式MCU模塊主要特性，附件圖，電路圖和材料清單。

MC56F825x / MC56F824x數(shù)字信號控制器MC56F825x / MC56F824x是基于56800E內(nèi)核的數(shù)字信號控制器（DSC）系列的成員。它在單個芯片上結(jié)合了DSP的處理能力和微控制器的功能以及一組靈活的外設(shè)，從而創(chuàng)造了一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。由于它的低成本，配置靈活性和緊湊的程序代碼，因此非常適合許多應(yīng)用程序。MC56F825x / MC56F824x包括許多對成本敏感的應(yīng)用特別有用的外圍設(shè)備，包括：

?工業(yè)控制

?家用電器

?智能傳感器

?消防和安全系統(tǒng)

?太陽能逆變器

?電池充電器和管理

?開關(guān)電源和電源管理

?功率計量

?電機(jī)控制（ACIM，BLDC，PMSM，SR和步進(jìn)）

?手持式電動工具

?電弧檢測

?醫(yī)療設(shè)備/設(shè)備

?儀器儀表

?照明鎮(zhèn)流器

56800E內(nèi)核基于改良的哈佛式架構(gòu)，包括三個執(zhí)行單元并行操作，每個指令周期最多可進(jìn)行六個操作。MCU風(fēng)格的編程模型和優(yōu)化的指令集允許直接生成高效，緊湊的DSP和控制代碼。對于C編譯器來說，指令集也非常高效，可以快速開發(fā)優(yōu)化的控制應(yīng)用程序。

MC56F825x / MC56F824x支持從內(nèi)部存儲器執(zhí)行程序?？梢詮钠蠑?shù)據(jù)RAM訪問每個指令周期兩個數(shù)據(jù)操作數(shù)。全套可編程外設(shè)支持各種應(yīng)用。

每個外設(shè)都可以獨立關(guān)閉以節(jié)省功率。除電源引腳和復(fù)位引腳外，任何引腳都可以配置為通用輸入/輸出（GPIO）。

片上功能包括：

?60 MHz工作頻率

?統(tǒng)一的C高效架構(gòu)中的DSP和MCU功能

?片上存儲器

– 56F8245 / 46：48 KB（24K x 16）閃存；6 KB（3K x 16）統(tǒng)一數(shù)據(jù)/程序RAM

– 56F8247：48 KB（24K x 16）閃存；8 KB（4K x 16）統(tǒng)一數(shù)據(jù)/程序RAM

– 56F8255 / 56/57：64 KB（32K x 16）閃存；8 KB（4K x 16）統(tǒng)一數(shù)據(jù)/程序RAM

?多達(dá)9個通道的eFlex PWM，包括6個具有高分辨率（520 ps）分辨率的NanoEdge

通道?兩個8通道，12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC s）具有動態(tài)x2和x4可編程放大器，轉(zhuǎn)換時間短至600 ns，并具有輸入電流注入保護(hù)

?三個帶集成5位DAC參考的模擬比較器

?循環(huán)冗余校驗（CRC）發(fā)生器

?兩個高速排隊串行具有LIN從站功能的通信接口（QSCI）模塊

?排隊的串行外圍設(shè)備接口（QSPI）模塊

?兩個兼容SMBus的內(nèi)部集成電路（I2C）端口

?飛思卡爾的可擴(kuò)展控制器局域網(wǎng)（MSCAN）2.0 A / B模塊

?兩個16位四通道計時器（2 x 4個16位計時器）

?計算機(jī)運行正常（COP）看門狗模塊

?片內(nèi)弛張振蕩器：8 MHz（待機(jī)模式下為400 kHz）

?晶體/諧振器振蕩器

?集成的上電復(fù)位（POR）和低壓中斷（LVI）以及欠壓復(fù)位模塊

?模塊間交叉開關(guān)

?多達(dá)54個GPIO

?44引腳LQFP，48引腳LQFP和64引腳LQFP封裝

?單電源：3.0 V至3.6 V

MC56F825x / MC56F824x主要特性：

內(nèi)核：

?高效的56800E數(shù)字信號處理器（DSP）修改后的哈佛架構(gòu)的發(fā)動機(jī)

—三個內(nèi)部地址總線

—四個內(nèi)部數(shù)據(jù)總線

?核心頻率為60 MHz時，每秒多達(dá)6000萬條指令（MIPS）

?155條基本指令與多達(dá)20種地址模式結(jié)合使用

?支持8位的32位內(nèi)部主要數(shù)據(jù)總線位，16位和32位數(shù)據(jù)的移動，加法，減法和邏輯運算

?單周期16×16位并行乘數(shù)累加器（MAC）

?四個36位累加器，包括擴(kuò)展位

?32位算術(shù)和邏輯多位移位器

?具有獨特DSP尋址模式的并行指令集

?硬件DO和REP循環(huán)

?指令集支持DSP和控制器功能

?緊湊型代碼的控制器式尋址模式和指令

?高效的C編譯器和局部變量支持

?深度僅受存儲器限制的軟件子例程和中斷堆棧

?JTAG /增強(qiáng)型片上仿真（EOnCE）不受干擾，不受處理器速度的影響，實時調(diào)試

工作范圍：

?3.0 V至3.6 V操作（電源和I / O）

?上電復(fù)位后：大約2.7 V至3.6 V

?環(huán)境溫度工作范圍：–40°C至+105° C

存儲器：

?雙哈佛架構(gòu)，允許多達(dá)三個同時訪問程序和數(shù)據(jù)存儲器

?48 KB（24K x 16）至64 KB（32K x 16）片上閃存，具有2048字節(jié)（1024 x 16）頁尺寸

?6 KB（3K x 16）到8 KB（4K x 16）片上RAM，可字節(jié)尋址

?使用閃存的EEPROM仿真功能

?支持內(nèi)部閃存和RAM存儲器執(zhí)行60 MHz程序

?閃存安全性和保護(hù)功能可防止未經(jīng)授權(quán)的用戶可以訪問內(nèi)部閃存

中斷控制器：

?五個中斷優(yōu)先級

-每個中斷源的三個用戶可編程優(yōu)先級：

0、1、2級–無法屏蔽的3級中斷包括：非法指令，硬件堆棧溢出，未對齊數(shù)據(jù)訪問和SWI3指令

-可屏蔽的3級中斷包括：EOnCE步驟計數(shù)器，EOnCE斷點單元和EOnCE跟蹤緩沖區(qū)

-最低優(yōu)先級軟件中斷：LP級

?嵌套中斷：較高優(yōu)先級的中斷請求可以中斷較低優(yōu)先級的中斷子例程

?可以將兩個可編程快速中斷分配給任何中斷源

?通知系統(tǒng)集成模塊（SIM）以使時鐘從等待和停止?fàn)顟B(tài)重新啟動

?可以重新定位中斷向量表

中斷優(yōu)先級的屏蔽由56800E內(nèi)核管理。

外設(shè)亮點：

?一個增強(qiáng)型Flex脈寬調(diào)制器（eFlexPWM）模塊

-多達(dá)9個輸出通道

-16位分辨率，用于中心對齊，邊沿對齊和非對稱PWM

每個互補(bǔ)對都可以使用其自己的基于PWM頻率和死區(qū)時間的值

4時基

獨立的頂部和底部死區(qū)時間插入 -PWM

輸出可以作為互補(bǔ)對或獨立通道運行

-每個PWM輸出的兩個邊沿的獨立控制

-6通道NanoEdge高分辨率PWM-

分?jǐn)?shù)延遲以增強(qiáng)PWM周期和邊沿位置的分辨率

-任意eFlexPWM邊緣放置-PWM相移

– NanoEdge實現(xiàn)：520 ps PWM頻率分辨率

–具有完整輸入捕捉功能的3通道PWM

–三個PWM通道– PWMA，PWMB和PWMX

–增強(qiáng)的輸入捕捉功能

—支持與外部硬件或其他硬件同步PWM

—雙緩沖PWM寄存器

–整體重裝速率從1到16

–半周期重裝能力

–每個PWM周期可通過硬件生成多個輸出觸發(fā)事件

–支持雙開關(guān)PWM輸出

–最多可分配四個故障輸入以控制多個PWM輸出

–故障輸入的可編程濾波器

–獨立可編程的PWM輸出極性

-每個PWM輸出的單獨軟件控制

-通過FORCE_OUT事件可以將所有輸出編程為同時更改-PWMX

引腳可以選擇從每個子模塊輸出第三個PWM信號

-未用于PWM生成的通道可以用于緩沖輸出比較功能

—未用于PWM生成的通道可用于輸入捕捉功能

—增強(qiáng)的雙邊沿捕獲功能

—可以從以下任意一個中為每個互補(bǔ)PWM信號對提供源：

–交叉開關(guān)模塊輸出

–外部ADC輸入，考慮到ADC上限和下限寄存器中設(shè)置的值

?兩個獨立的12-位模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）

- 2×8信道的外部輸入

-內(nèi)置X1，X2，X4可編程增益前置放大器

-馬克西姆微米ADC時鐘頻率：高達(dá)10 MHz

- 8.5 ADC時鐘的單轉(zhuǎn)換時間周期（8.5 x 100 ns = 850 ns）

– 6個ADC時鐘周期的額外轉(zhuǎn)換時間（6 x 100 ns = 600 ns）

—順序，并行和獨立掃描模式

-前8個樣本支持偏移，極限和過零計算

-ADC轉(zhuǎn)換可以通過eFlexPWM和計時器模塊通過內(nèi)部交叉開關(guān)模塊

進(jìn)行同步-支持同時和軟件觸發(fā)轉(zhuǎn)換

-支持具有可編程轉(zhuǎn)換次數(shù)的多觸發(fā)模式每次觸發(fā)時

?模塊間交叉開關(guān)（XBAR）

-eFlexPWM，ADC，四路定時器，12位DAC，HSCMP和封裝引腳之間的可編程內(nèi)部模塊連接

-用于PWM故障輸入，定時器的用戶定義輸入/輸出引腳輸入/輸出，ADC觸發(fā)器和比較器輸出

?三個模擬比較器（CMP）

-可選的輸入源包括外部引腳，內(nèi)部DAC-

可編程的輸出極性

-輸出可驅(qū)動定時器輸入，eFlexPWM故障輸入，eFlexPWM源，外部引腳輸出和觸發(fā)ADC-

輸出下降沿和上升沿檢測能夠產(chǎn)生中斷

-每個比較器32抽頭可編程參考電壓

?1個12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器模擬轉(zhuǎn)換器（12位DAC）

— 12位分辨率

—掉電模式

—輸出可路由至內(nèi)部比較器或片外

?兩個四通道16位多功能定時器（TMR）模塊

—四個獨立的16位每個模塊具有級聯(lián)功能的位計數(shù)器/計時器

-高達(dá)120 MHz的工作時鐘

-每個計時器具有捕獲，比較和正交解碼器功能

-多達(dá)12種工作模式

-四個外部輸入和兩個外部輸出

?兩個具有LIN從屬功能的排隊串行通信接口（QSCI）模塊

-高達(dá)120 MHz的工作時鐘

-發(fā)射和接收緩沖器上都提供了四字節(jié)深的FIFO-

全雙工或單通道有線操作

-可編程的8位或9位數(shù)據(jù)格式

-13位整數(shù)和3位小數(shù)波特率選擇

-兩種接收機(jī)喚醒方法：

–空閑線

–地址標(biāo)記

– 1/16位時間噪聲檢測

–支持LIN從機(jī)操作

?一個排隊的串行外圍設(shè)備接口（QSPI）模塊

-全雙工操作

-發(fā)射和接收緩沖器上均提供四字深的FIFO

—主模式和從模式

—可編程的長度事務(wù)（2到16位）

—可編程的發(fā)送和接收移位順序（MSB作為發(fā)送的第一位或最后一位）

—最大從模塊頻率=模塊時鐘頻率/ 2

— 13位波特率分頻器用于低速通信

?兩個內(nèi)部集成電路（I2C）端口

-最高100 kbps的

操作

-支持主從操作-支持10位地址模式和廣播模式

-支持SMBus，版本2

?一個飛思卡爾可擴(kuò)展控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（MSCAN）模塊

-完全符合CAN協(xié)議版本2.0 A / B-

支持標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀

—支持高達(dá)1 Mbit / s的數(shù)據(jù)速率

—五個接收緩沖區(qū)和三個發(fā)送緩沖區(qū)

?計算機(jī)正常運行（COP）看門狗定時器，可以選擇不同的時鐘源

-可編程的預(yù)分頻器和超時時間

-可編程的等待，停止和部分掉電模式工作

-導(dǎo)致檢測到PLL的參考時鐘丟失后，導(dǎo)致參考復(fù)位丟失128個周期

-從支持EN60730和IEC61508的四個源中選擇時鐘源：

–片內(nèi)張弛振蕩器

–外部晶體振蕩器/外部時鐘源

–系統(tǒng)時鐘（IP總線至60 MHz）

?電源監(jiān)控器（PS）

—用于數(shù)字和模擬電路的片上線性穩(wěn)壓器，以降低成本并降低噪聲

—集成的低壓檢測，如果VDD低于低壓檢測（LVI）閾值，則生成警告中斷；

—集成的上電復(fù)位（POR）

–上電過程中可靠的復(fù)位過程

– VDD通過低壓檢測（LVI）后釋放POR ）閾值

—集成的掉電復(fù)位

—運行，等待和停止模式

?鎖相環(huán)（PLL）為內(nèi)核和外設(shè)提供高速時鐘

— 2x系統(tǒng)時鐘提供給Quad計時器和SCI

—丟失鎖中斷

—參考時鐘中斷丟失

?時鐘源

—片內(nèi)弛張振蕩器，具有兩個用戶可選頻率：低速模式為400 kHz，正常操作為8 MHz

-外部時鐘：晶體振蕩器，陶瓷諧振器和外部時鐘源

?循環(huán)冗余校驗（CRC）發(fā)生器

-使用16位移位寄存器的硬件CRC發(fā)生器電路

-符合x16 + x12 + x5 + 1多項式的CRC16-CCITT-

錯誤檢測適用于所有單，雙，奇和大多數(shù)多位錯誤

-可編程的初始種子值

-高速硬件CRC計算

-可選功能，可通過轉(zhuǎn)置寄存器對輸入數(shù)據(jù)和CRC結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)置，這對于字節(jié)位于LSb（最低位）的應(yīng)用程序是必需的有效位）格式。

?多達(dá)54個通用I / O（GPIO）引腳

—

允許5 V的I / O —每個引腳在外圍或GPIO模式下的獨立控制

—在GPIO模式下，每個引腳的單獨輸入/輸出方向控制

在推挽模式或漏極開路模式下，每個輸出引腳的單獨控制

—所有輸入引腳上的磁滯和可配置的上拉器件

—能夠通過可編程的上升或下降產(chǎn)生中斷下降沿和軟件中斷

—可配置的驅(qū)動強(qiáng)度：4 mA / 8 mA灌電流/源電流

?用于實時調(diào)試的JTAG / EOnCE調(diào)試編程接口

IEEE 1149.1聯(lián)合測試操作組（JTAG）

接口用于實時調(diào)試的

EOnCE接口節(jié)電特性：

?低速運行，等待和停止模式：OCCS和內(nèi)部ROSC提供的低至781 Hz時鐘

?大型調(diào)節(jié)器待機(jī)模式可降低低速模式下的功耗

?停機(jī)模式下的典型喚醒時間少于30 μs

?每個外設(shè)均可單獨禁用以節(jié)省功耗

目標(biāo)應(yīng)用：

工業(yè)

S-FSK電力線調(diào)制解調(diào)器

商用太陽能逆變器

住宅太陽能逆變器

消防和安全系統(tǒng)

工業(yè)控制

電源

太陽能逆變器

電池充電器和管理

馬達(dá)控制

無刷直流（BLDC）電動機(jī)

開關(guān)磁阻電動機(jī)

步進(jìn)電動機(jī)

永磁同步電動機(jī)

三相交流感應(yīng)電動機(jī)

三相交流感應(yīng)電動機(jī)

圖1.56800E

塔式MCU TWR-56F8257模塊

MC56F8257塔式MCU模塊（TWR-56F8257）是一種經(jīng)濟(jì)高效的評估，演示和開發(fā)板。TWR-56F8257可以獨立運行，也可以作為帶有外圍模塊的塔式系統(tǒng)中的主控制板運行。它也可以與APMOTOR56F8000E電機(jī)控制板一起用作主控制板。

TWR-56F8257塔式MCU模塊的主要特性：

以下列表概述了TWR-56F8257的功能：

?塔式兼容微控制器模塊

?可選電源：

USB

桶式連接器

電機(jī)控制板

塔式提升板

?機(jī)頂盒上VDDA和VSSA的濾波電源MC56F8257DSC

?采用64 LQFP封裝的MC56F8257數(shù)字信號控制器（DSC）

?用于MC56F8257 DSC的可選8 MHz晶振電路

?由MC56F8257 DSC控制的九個LED

?用于APMOTOR56F8000E電動機(jī)控制板的電動機(jī)控制板連接器

?輔助信號連接器

?四個熱敏電阻用于MC56F8257 DSC的單端或差分模擬輸入

?CAN收發(fā)器，接頭和終端

?兩個按鈕，用于用戶輸入或MC56F8257 DSC的中斷

? MC56F8257 DSC的復(fù)位按鈕

? MC56F8257 DSC的JTAG接頭，接頭為與OSBDM斷開連接

?標(biāo)頭，用于將SCI信號連接到USB橋接器或升降機(jī)板

?通過主電梯連接器進(jìn)行擴(kuò)展

?具有4 MHz晶振的MC9S08JM60 MCU提供：

開源調(diào)試（OSBDM）電路

USB到SCI橋的

標(biāo)頭在OSBDM和USB到SCI橋功能之間進(jìn)行選擇

引導(dǎo)加載程序使能報

頭MC9S08JM60 MCU的BDM報頭

狀態(tài)和目標(biāo)電源指示燈LED

半導(dǎo)體開關(guān)的控制，以使USB電源可以從板上向

5V MC9S08JM60 MCU芯片和3.3V MC56F8257 DSC芯片

套件之間的電壓轉(zhuǎn)換器供電。TWR

-56F8257板與MC56F8257 16位MCU一起使用

必需的

DVD電纜，帶實驗室教程，軟件，培訓(xùn)和附帶的《

快速入門指南》文檔

圖2.TWR-56F8257截面圖

圖3.TWR-56F8257板外形圖

圖4.TWR-56F8257板電路圖（1）

圖5.TWR-56F8257板電路圖（2）

圖6.TWR-56F8257板電路圖（3）

圖7.TWR-56F8257板電路圖（4）

TWR-56F8257板材料清單（BOM）：

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