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  工業(yè)4.0作為一場智能技術(shù)革命，產(chǎn)品和服務(wù)正在深刻改變傳統(tǒng)的工業(yè)形式。越來越多的高度集成設(shè)備參與了工業(yè)設(shè)備的運(yùn)行?，F(xiàn)代工業(yè)離不開計(jì)算、處理和控制能力MCU，由于可應(yīng)用于顯示控制、動(dòng)作控制、即時(shí)決策、能量轉(zhuǎn)換等有限空間和電力環(huán)境中的各種場景，因此MCU來實(shí)現(xiàn)。

  工業(yè)級MCU應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，對使用壽命、溫度、濕度、電磁輻射等有嚴(yán)格的質(zhì)量要求。極海半導(dǎo)體長期深入從事中高端工業(yè)控制市場。以絕對值編碼器、高性能伺服驅(qū)動(dòng)器和變頻器方案為例，詳細(xì)介紹了極海半導(dǎo)體的32位APM32位工業(yè)級MCU在工業(yè)控制領(lǐng)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(dòng)化的快速發(fā)展，國產(chǎn)編碼器技術(shù)也不斷成熟，絕對值編碼器作為運(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，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、過程控制、工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備、精密檢測設(shè)備等領(lǐng)域中。

  復(fù)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(shè)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(yīng)用需求、使用環(huán)境及成本考量，極海半導(dǎo)體可提供2種絕對值編碼器方案：

  1. 主要應(yīng)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(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)用于光電式絕對值編碼器

  在該方案中，APM32F103工業(yè)級MCU主要負(fù)責(zé)采集光/磁傳感器輸出的正余弦模擬信號、監(jiān)測電壓、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(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(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

  伺服驅(qū)動(dòng)器是現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制的重要組成部分，主要通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機(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，支持多種先進(jìn)算法，包括諧振抑制、機(jī)械參數(shù)辨識、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(hù)。

  APM32高性能伺服驅(qū)動(dòng)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(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)更簡單

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

  ? 開關(guān)檢測，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(shí)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(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)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(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快色的轉(zhuǎn)換速率，提高變頻器響應(yīng)速度，精準(zhǔn)控制轉(zhuǎn)矩

  隨著工業(yè)智能化、數(shù)字化發(fā)展，工業(yè)應(yīng)用場景越來越復(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)體長期聚焦于工業(yè)領(lǐng)域，逐步形成了市場與技術(shù)的自身優(yōu)勢，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)用并保持快速增長態(tài)勢。