MicrochipPIC18BLDC马达控制方案

Microchip公司的PIC18F2331/2431/4331/4431 是增强性闪存微控制器，采用纳瓦（nanoWatt）技术，并具有高性能的PWM和模数转换器。本文介绍闪存微控制器PIC18F2331/2431/4331/4431的主要性能及其评估板的性能和详细的电路图。

PIC18F2331/2431/4331/443128/40/44-Pin Enhanced Flash Microcontrollers with nanoWatt Technology, High-Performance PWM and A/D

该系列具备所有PIC18 单片机固有的优点，即以实惠的 价格提供出色计算性能，以及高耐久性的增强型闪存程序存储器和高速10 位A/D 转换器。除了这些优点之外，PIC18F2331/2431/4331/4431 系列还增强了器件设计，使得该系列单片机成为许多高性能、功率控制和电机控制应用的明智选择。这些特别的外设包括：

插入可编程死区时间的14 位分辨率功率控制PWM 模块（Power Control PWM odule，PCPWM）
运动反馈模块（Motion Feedback Module，MFM）包含一个3 通道输入捕捉（Input Capture， IC）模块和正交编码器接口 （Quadrature Encoder Interface， QEI）
高速10 位A/D 转换器（HSADC）
PCPWM 能够产生至多8 个插入死区时间的互补PWM输出。过驱动电流由片外模拟比较器或数字故障输入引脚（FLTA 和FLTB）检测。
MFM 正交编码器接口提供精确的转子位置反馈和／或速度测量。可以使用MFM 的3 个输入捕捉或外部中断检测使用霍尔传感器反馈的电子换相电机应用（例如，BLDC 电机驱动）的转子状态。PIC18F2331/2431/4331/4431 器件还有闪存程序存储 器和一个内建了LP 振荡模式的内部RC 振荡器。

1.1 新的内核功能
1.1.1 纳瓦（nanoWatt）技术
PIC18F2331/2431/4331/4431 系列的所有器件具有一系列能在运作时显著降低功耗的功能。关键的几项包括：
备用运行模式：通过将Timer1 或内部振荡电路作为单片机时钟源，可使代码执行时的功耗降低大约90%。

多种空闲模式：单片机还可在其CPU 内核禁止的情况下运行，而外设仍能继续工作。处于这种状态时，功耗能降得更低，甚至降低到只有正常工作需求的4%。

动态模式切换：运用代码可在器件工作时调用功耗管理模式，以便用户将节约能耗的理念融入到他们的应用软件设计中。

关键模块的功耗更低：Timer1 和看门狗定时器模块的功耗需求降低多达80%，两者的典型值分别为1.1μA 和2.1 μA。

1.1.2 多个振荡器选项和功能
PIC18F2331/2431/4331/4431 系列的所有器件均可提供9 个不同的振荡器选项，这样用户在开发应用硬件时就有很大的选择范围。包括：
四个晶振模式，使用晶振或陶瓷谐振器。
两个外部时钟模式，可选择使用两个引脚（振荡器输入引脚和四分频时钟输出引脚）或一个引脚（振荡器输入引脚，四分频时钟输出引脚重新分配为通用I/O 引脚）。
两个外部RC 振荡器模式，与外部时钟模式选用相同的引脚。
一个内部振荡电路，提供一个8 MHz 的时钟源和一个INTRC 时钟源（大约31 kHz，温度和VDD变化时频率保持稳定），并有6 个时钟频率可供用户选择（从125 kHz 到4 Hz），总共8 种时钟频率。

除了可将内部振荡电路用作时钟源，它还提供了一个稳定的参考源，为使该系列器件稳健地工作，增加了以下功能：

故障保护时钟监视：该选项持续监测主时钟源，将其与内部振荡电路提供的参考信号作比较。如果发生了时钟故障，控制器切换到内部振荡电路，允许继续低速工作或安全地关闭应用。


双速起振：该选项允许内部振荡器在上电复位时或从休眠模式唤醒时用作时钟源，直到主时钟源可用时为止。这样使得代码可在本来的时钟起振间隔期间执行，甚至允许一个应用在不返回全功率工作模式的情况下，执行常规的后台工作并返回休眠模式。

14 位功率控制PWM 模块：
多达4 个具有互补输出的通道
边沿或中心对齐的操作
灵活的死区发生器
硬件故障保护输入
占空比和周期同步更新
灵活的特殊事件触发器输出
运动反馈模块：
三个独立的输入捕捉通道：
灵活的周期和脉冲宽度测量操作模式
特殊霍尔传感器接口模块
输出到其他模块的特殊事件触发器
正交编码器接口：
来自编码器的2 相输入和一个索引输入
带方向状态和方向变化中断的高低位置追踪
速率测量
高速的200 Ksps 10 位A/D 转换器：
多达9 个通道
两个通道同步采样
连续采样：1、2 或4 个选定通道
自动转换能力
带可选中断频率的4 字FIFO
可选的外部转换触发器
可编程的采集时间
灵活的振荡器结构：
4 种晶振模式，频率高达40 MHz
两个外部时钟模式，频率高达40 MHz

内部振荡电路：
8个用户可选频率：从31 kHz 到8 MHz
OSCTUNE 可以对频率漂移进行补偿
辅助振荡器使用Timer1 （32 kHz 时）
故障保护时钟监视器：
如果时钟发生故障，允许器件安全关断

功耗管理模式：
运行CPU 打开，外设打开
空闲CPU 关闭，外设打开
休眠CPU 关闭，外设关闭
通常空闲模式电流降至5.8 A
通常休眠模式电流降至0.1 A
Timer1 振荡器典型参数为1.8 A、32 kHz、2V
看门狗定时器（WDT），典型值为2.1 A
双速振荡器起振
外设特点：

灌电流/ 拉电流峰值25 mA/25 mA
三个外部中断
两个捕捉/ 比较/PWM （CCP）模块：
捕捉为16 位，最大分辨率为6.25 ns （TCY/16）
比较为16 位，最大分辨率为100 ns （TCY）
PWM输出：PWM 分辨率为1 到10 位
增强型USART 模块：
支持RS-485、RS-232 和LIN 1.2
启动位自动唤醒
自动波特率检测
使用内部振荡电路的RS-232 工作模式（无需外部晶振）

特殊单片机特性：
可进行100,000 次擦写操作的增强型闪存程序存储器（典型值）
可进行1,000,000 次擦写操作的数据EEPROM存储器（典型值）
闪存/ 数据EEPROM 保存时间：100 年
可在软件控制下自行编程
中断有优先级
8 X 8 单周期硬件乘法器
扩展的看门狗定时器（WDT）：
具有41 ms 到131s 的可编程周期
通过两个引脚进行单电源供电在线串行编程（In-Circuit Serial Programming™， ICSP™）

通过两个引脚在线调试（In-Circuit Debug，ICD）
调试时安全驱动PWM 输出
PICDEM MC LV开发板支持28引脚的 PIC18F微控制器和dsPIC30F数字信号控制器，控制马达的额定值高达48V 和 2.2 A。