伺服驱动开发套件 - 21iccn.21ic.com/ebook_download/microsite/infineon/10.pdf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

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


套件介绍

由上层的控制板和下层的功率板组成。


套件介绍

总体功能框图


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


硬件描述：总体

接口汇总表


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。


+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


硬件描述：DSD旋变接口


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


DSD相关电路



AD2S1200相关电路



信号选择



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。


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


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！


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


+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


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


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


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


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。



MCUINIT 文件夹


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SPI通信

调用各外设配置文件


MCTRL 文件夹


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


模拟EEPROM进行参数读写



MSYS文件夹


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


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


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


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


POSIF&CCU4与编码器


XMC4500

A

B

Z

P1.3

P1.2

P1.1

POSIF0.IN0A

POSIF0.IN1A

POSIF0.IN2A

POSIF0

1. 设置寄存器PCONF


POSIF&CCU4与编码器


XMC4500

HALL_W

HALL_V

HALL_U

P2.5

P2.4

P2.3

POSIF1.IN0A

POSIF1.IN1A

POSIF1.IN2A

POSIF1


CCU4与编码器

位置

速度

清零

脉冲输入


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


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


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)


ADC与电流采样

队列

触发源

结果


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


USIC与通讯

RS232

RS422

SPI


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）


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


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。


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。


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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