S32K3電機(jī)控制資源精華匯總

本文導(dǎo)讀

NXP推出的S32K3XX系列微控制器在電機(jī)控制方面具有豐富的外設(shè)資源，相比較上個(gè)系列S32K1xx來說，控制方式有明顯的不同。S32K3xx微控制器通過eMIOS、LCU、BCTU和ADC等硬件外設(shè)對電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，顯得更加靈活和方便。

NXP S32K3xx系列微控制器，相比較上個(gè)系列S32K1xx來說存在著諸多亮點(diǎn)，從主頻，外設(shè)資源、安全等級以及安全加密等都有很大的提升。雖然S32K3是S32K1的升級版，但是很多外設(shè)以及功能實(shí)現(xiàn)方式卻完全不同。單純從電機(jī)控制方面來說，S32K3xx硬件外設(shè)eMIOS、LCU、BCTU和ADC的組合方式，相比較S32K1xx的FTM、PDB和ADC明顯不同，對電機(jī)的控制更加靈活方便。

S32K3xx系列微控制器具有生成PWM、輸入捕獲和輸出比較功能的eMIOS、可以自由靈活配置的小型FPGA外設(shè)LCU、專門為了方便控制ADC觸發(fā)的BCTU和多路ADC通道。S32K3這些硬件資源足以對PMSM、BLDC和ACIM等電機(jī)進(jìn)行控制。下面一起來了解S32K3xx eMIOS、LCU、BCTU和ADC外設(shè)的功能介紹。

eMIOS

eMIOS（Enhanced Modular IO Subsystem，增強(qiáng)型模塊化IO子系統(tǒng)），該外設(shè)主要用于生成PWM、捕獲外部信號和輸出比較。eMIOS內(nèi)部有計(jì)數(shù)總線機(jī)制，可以支持各通道使用不同的時(shí)鐘頻率計(jì)數(shù)，且每個(gè)通道都是獨(dú)立，可以自由配置各種模式。 eMIOS通道可以配置的模式按照功能可以分類如下：

以S32K344舉例，其具有3個(gè)eMIOS實(shí)例，每個(gè)emios實(shí)例具有24個(gè)通道，每個(gè)通道有四種通道類型（X、Y、G和H）區(qū)分，比如Y類型通道就只支持SAIC SAOC OPWMB OPWMT功能，其他通道類型支持的模式可以在用戶手冊自行查找。 但并不是所有模式只要一個(gè)通道配置成該模式，該模式功能就可以實(shí)現(xiàn)的。有些模式是需要用另一個(gè)通道配置成計(jì)數(shù)總線模式，用另一個(gè)通道給該模式提供時(shí)鐘頻率，該模式才可以正常工作。比如以O(shè)PWMT模式為例，手冊規(guī)定OPWMT模式時(shí)鐘必須是由MC或者M(jìn)CB模式通道提供，所以就需要將一個(gè)通道配置成MC或者M(jìn)CB模式去提供時(shí)鐘，另一個(gè)通道配置成OPWMT模式才能起作用。

LCU

LCU(Logic Control Unit，邏輯控制單元)， LCU用于創(chuàng)建小型組合時(shí)序邏輯電路，該外設(shè)主要是與eMIOS或者SIUL2外設(shè)組合使用，將eMIOS生成的PWM或者SIUL2輸入的電平經(jīng)過LCU進(jìn)行查表操作，從而輸出對應(yīng)的PWM或者電平。因?yàn)長CU可以理解為一個(gè)FPGA，其實(shí)現(xiàn)邏輯電路的靈活性也給電機(jī)控制提供了更多可能性。 一個(gè)LCU內(nèi)部由3個(gè)LC組成，一個(gè)LC具有4個(gè)輸入和4個(gè)輸出，同時(shí)還具有強(qiáng)制控制功能，如圖1所示。LC將輸入的信號，通過查找表(LUT)產(chǎn)生輸出信號，可以通過TRGMUX給到對應(yīng)的外設(shè)，而查找表(LUT)就是LCU的核心內(nèi)容，可由軟件自由設(shè)置。用戶可以使用LCU編程為與或非和異或等邏輯器件，也可以編程為S-R觸發(fā)器，D觸發(fā)器，JK觸發(fā)器，增量編碼器以及ACIM、PMSM和BLDC電機(jī)控制器。

圖1LCU內(nèi)部框圖

eMIOS+LCU組合使用

eMIOS和LCU的組合使用需要借助TRGMUX進(jìn)行連接。以產(chǎn)生互補(bǔ)的PWM為例，如圖2所示，eMIOS產(chǎn)生的PWM，通過TRGMUX連接到LCU其中一個(gè)LC的輸入，LC內(nèi)部進(jìn)行查表，從而在LC的輸出端產(chǎn)生一對互補(bǔ)的PWM波形。

圖2 eMIOS和LCU組合使用

這上面只是eMIOS+LCU的一個(gè)應(yīng)用，還可以有其他的應(yīng)用方式，具體要根據(jù)實(shí)際場景進(jìn)行使用。

ADC

S32K3XX系列微控制器ADC具有可選分辨率：8/10/12/14 bit，轉(zhuǎn)化結(jié)果始終為15bit寬；在80MHz轉(zhuǎn)化時(shí)鐘下采樣和轉(zhuǎn)化時(shí)間約為1us，即高達(dá)1M samples/sec，且轉(zhuǎn)化精度為+/-6LSB。

S32K3XX系列微控制器最多有3個(gè)ADC，每個(gè)ADC具有8個(gè)精密通道，16個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通道，和最多支持32路外部通道，這三種通道的轉(zhuǎn)化優(yōu)先級順序?yàn)椋壕芡ǖ?標(biāo)準(zhǔn)通道>外部通道。其中精密通道和標(biāo)準(zhǔn)通道是實(shí)實(shí)在在可以在芯片引腳上可以找到復(fù)用引腳的，但外部通道卻不一樣，看手冊描述一個(gè)ADC支持32路外部通道ADC，但看說手冊發(fā)現(xiàn)一個(gè)ADC的外部通道輸入引腳就只有4個(gè)，那么怎么支持32路外部通道呢？ 每個(gè)ADC提供三個(gè)外部解碼信號(“MA”)，用于從外部多路選擇器選擇一個(gè)通道（最多八個(gè)）輸入到ADC的外部通道引腳，如圖3所示。因?yàn)橐粋€(gè)ADC有4個(gè)外部通道輸入引腳，就可以有四個(gè)8通道數(shù)據(jù)選擇器，所以最多連接32個(gè)外部通道。需要注意的是，ADCx_MA是格雷編碼的，因此它不會(huì)從0到7連續(xù)計(jì)數(shù)，它計(jì)數(shù)順序?yàn)?、1，3，2，6，7，5，4。

圖3ADC外部通道硬件實(shí)現(xiàn)框圖

ADC支持三種轉(zhuǎn)化模式：

正常轉(zhuǎn)換：支持一次轉(zhuǎn)換和連續(xù)轉(zhuǎn)換。

注入轉(zhuǎn)換：僅支持單次轉(zhuǎn)換。注入轉(zhuǎn)換可以在一組輸入通道已經(jīng)開始轉(zhuǎn)化的過程中，注入另一組輸入通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

BCTU轉(zhuǎn)換：由BCTU外設(shè)觸發(fā)ADC，每次觸發(fā)運(yùn)行一次轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化支持單一和列表轉(zhuǎn)化。

BCTU

BCTU(Body Cross-triggering Unit)，BCTU外設(shè)可以理解就是為了方便控制ADC觸發(fā)的外設(shè)。BCTU用于接收ADC轉(zhuǎn)化請求觸發(fā)輸入，將請求路由到一個(gè)或多個(gè)ADC。BCUT觸發(fā)源有三種方式：eMIOS定時(shí)器通道；TRGMUX輸入和軟件觸發(fā)。BCTU具有多個(gè)并行轉(zhuǎn)換功能，可以同時(shí)觸發(fā)3個(gè)ADC同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使用eMIOS同時(shí)觸發(fā)ADC的框圖如圖4所示：

圖4BCTU同時(shí)觸發(fā)多個(gè)ADC

并且，BCTU還具有對ADC通道有重復(fù)觸發(fā)的功能，支持單個(gè)通道轉(zhuǎn)化多次、單個(gè)觸發(fā)產(chǎn)生一連串的轉(zhuǎn)化、以及轉(zhuǎn)化過程中暫停，等另一個(gè)觸發(fā)過來再轉(zhuǎn)化等功能，同時(shí)每個(gè)ADC具有兩個(gè)FIFO來緩存ADC轉(zhuǎn)化結(jié)果。

應(yīng)用場景

如圖5所示是S32K3xx外設(shè)硬件對帶霍爾傳感器的無刷直流電機(jī)BLDC的控制框圖。

圖5S32K3xx對BLDC的控制框圖

圖中①路徑是通過“eMIOS-TRGMUX-LCU”輸出六路三相PWM，從而給到三相無刷電機(jī)預(yù)驅(qū)動(dòng)器對電機(jī)進(jìn)行控制；

圖中②路徑是通過“TRGMUX-LCU-TRGMUX-eMIOS”獲取霍爾傳感器的速度，通過TRGMUX和LCU結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)霍爾信號硬件自動(dòng)換向的，無需內(nèi)核的干預(yù)。 圖中③路徑是通過“eMIOS-BCTU-ADC”或者eMIOS重裝載時(shí)通過“EMIOS-TRGMUX-BCTU-ADC”觸發(fā)ADC采集外部電壓。

審核編輯：湯梓紅