【应用】国产极海半导体APM32系列工业级MCU助力推动新型工业化发展

时间： 2022-11-02 来源：Geehy极海半导体公众号

技术问答

工业4.0作为一场制造、产品及服务趋于智能化的技术革命，正在深刻改变传统工业形态。越来越多的高度集成器件参与到工业设备运行中。现代工业离不开具有计算、处理与控制能力的MCU，因其可在有限的空间及电力条件下应用于多种场景，如显示控制、动作控制、实时决策、能量转换等操作都需要MCU来实现。

工业级MCU应用场景范围十分广泛，并对使用寿命、温度、湿度、电磁辐射等有着严格的品质要求。极海半导体长期深耕中高端工控市场，本文就以绝对值编码器、高性能伺服驱动器及变频器方案为例，详细介绍极海半导体APM32位工业级MCU在工控领域的出色表现。

智能型绝对值编码器前景可期

随着工业自动化的快速发展，国产编码器技术也不断成熟，绝对值编码器作为运动控制反馈位置回路的关键装置，能将机械运动转换为电信号，提供位置、旋转轴速度、加速度、距离和运动方向等数据，已广泛应用于工业自动化设备、过程控制、工业机器人、医疗设备、精密检测设备等领域中。

复杂的工作环境要求绝对值编码器性能表现优良、长期稳定可靠且耐用，使用MCU开发编码器可灵活设置绝对值编码器分辨率，提高位置精度，大大提升编码器的智能化水平。

根据应用需求、使用环境及成本考量，极海半导体可提供2种绝对值编码器方案：

1. 主要应用于光电式和磁电式绝对值编码器

在该方案中，APM32F103工业级MCU主要用于读取单圈位置、监测电压、计算圈数、实现编码器协议等功能，需要配合编码器单圈芯片使用。

2. 主要应用于光电式绝对值编码器

在该方案中，APM32F103工业级MCU主要负责采集光/磁传感器输出的正余弦模拟信号、监测电压、计算圈数、实现编码器协议等功能。

APM32绝对值编码器方案

• 采用APM32F103工业级主流型MCU，基于Arm® Cortex®-M3内核

• 主频96MHz，Flash 16~512KB，SRAM 6~128KB

• 2个12位高精度ADC，支持16个输入通道，实现高精度动态实时采样

• 2个SPI（最大通信速度18Mbit/s），可快速读写编码器单圈芯片数据

• 3 个USART，其中USART1通信速率4.5Mbit/s，可实现高速可靠的编码器通信协议

• Flash页（1KB）擦除时间≤1.51ms，可替代片外EEPROM读写编码器寄存数据

• 已通过IEC 61508 SIL3功能安全认证，符合工业高可靠性标准

兼具高功率密度、低成本的一体化高性能伺服驱动器平台

伺服驱动器是现代运动控制的重要组成部分，主要通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位，是传动技术的高端产品，被广泛应用于工业机器人、数控机床等自动化设备中。

极海半导体高性能伺服驱动器平台，支持多种先进算法，包括谐振抑制、机械参数辨识、自适应陷波器、分数阶控制、PWM更新等；具备优异的业内性能表现，电流环带宽高达4KHz，速度环带宽大于800Hz；内置百兆EtherCAT，支持高同步周期、低时钟抖动；采用APM32F407+FPGA+IPM架构，具有强大的二次开发和灵活的拓展空间；支持不同功能的程序分层，明确清晰，易于封装、协同开发和维护。

APM32高性能伺服驱动器方案

• 采用APM32F407工业级高性能MCU，基于Arm® Cortex®-M4内核

• 主频168MHz，Flash 1MB，SRAM 192+4KB，SDRAM 2MB（可选）

• 采用CAN总线实现电机控制指令传输

• 配套上位机调参软件，方便调节参数

• 内置EMMC接口满足与外围FPGA高效通信应用

• 丰富外围器件，支持电机/驱动器/减速机一体化设计，功率密度高

• 采用磁性编码器实现位置反馈，更具抗震、耐腐蚀、高可靠性，结构更简单

APM32F407在伺服驱动器平台中作为主站MCU的作用

• 开关检测，作为人机交互接口，控制伺服电机启停

• 计算生成伺服驱动器的位置给定，如低速/高速、正转/反转的正弦波和斜坡位置

• 担任EtherCAT通信主站，检测从站数量、生成数据帧并通过网口传输出去

• 作为串口通信，在调试时发送部分过程数据，方便数据分析及辅助调试

助力电机降耗节能的变频器

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。在风机、水泵、中央空调等负载设备上使用变频调速装置有助于降低转速、减少能耗；同时变频器还可应用于传送、起重、挤压和机床等各种机械设备控制领域，有利于提高工艺水平和产品质量，减少设备的冲击和噪声，延长设备的使用寿命。

随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到广泛应用，极海半导体变频器方案可根据电机实际情况提供所需电源电压，进而达到节能、调速的目的。

APM32变频器应用方案

• 采用APM32F407工业级高性能MCU，基于Arm®Cortex®-M4内核

• 主频168MHz，可超频至240MHz，高效运算处理能力

• 支持外部存储器扩展EMMC

• 支持PWM输出和死区保护

• 支持矢量控制、V/F控制

• 高速GPIO处理响应速度

• 3个12位高精度ADC，提高变频器响应速度，精准控制转矩

• 3个12位高精度ADC快速的转换速率，提高变频器响应速度

随着工业智能化、数字化发展，工业应用场景越来越复杂化，这就要求工业设备系统设计更具高效性、稳定性、安全性。极海半导体长期聚焦于工业领域，逐步形成了市场与技术的自身优势，并与合作伙伴在工业应用方案及验证方面实现了充分合作。

目前极海半导体32位APM32工业级MCU已在智能电网、光伏逆变器、充电桩、电梯控制、仪器仪表、工业打印机等领域得到了广泛应用并保持快速增长态势。

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型号- FM33M0XX系列,FM33LC045N,FM33LG023A,MG33M068ER,MG33M026ER,FM3316,FM3318,FM33FR045,MG33A045EV,FM33FT056A,FM33A0XXEV系列,FM33FR046,FM33FR043,FM33FR044,FM33FT028A,FM33LE0XXEVB系列,FM33A065EVB,FM33LE0XXA SERIES,FM33A0610EVB,FM33A0XXEV SERIES,FM33A0XX系列,FM33LC046N,MG33M0410ER,FM33A0410EV,FM33KF5XX,FM33LC022N,FM33LG0XXA,FM33FR056,FM33A0XXEVB系列,FM33FR054,FM33FR055,FM33FR053,FM33LG0XXEV系列,MG33M0XXER系列,FM33FR0XX SERIES,FM33A068EVB,FM33FR048,FM33LE0XX SERIES,MG33M0610ER,FM33LG048A,FM33LE0XXA系列,FM33LG0XX系列,MG33M046ER,FM33LG013A,FM33LC015N,FM33LG025A,FM33LC043N,FM33FR023,FM33FR024,FM33FT046A,FM33LC015M,FM33FT058A,FM33M0XX,FM3308,FM33A065EV,FM33LG0XX,FM33LC016N,FM33FR028,FM33FR026,FM33KT5XX,FM33LE015A,FM33A0XXEV,FM33LG026A,FM33LC0XXM SERIES,FM33LC0XXU SERIES,FM33FT0XXA SERIES,FM33L0XX,FM33LC013N,FM33LC025N,MG33M066ER,FM33G0XX系列,FM3316系列,FM33FT0XXA,FM33FT0XXA系列,FM33FR0XX,MG33M0XXER SERIES,FM33LG0XX SERIES,FM23XX,FM33FT048A,FM33LE015,FM33LE016,FM33LG0XXEV,FM33LE012,FM33LE013,MG33M028ER,FM33LG015A,FM33LC044NR,FM33LC0XXU,FM33LC026N,FM33LC042N,FM33A068EV,FM33FR0510,MG33M0XXER,FM33LE0XX系列,FM33FT0510A,MG33M0XX,FM33LE0XX,FM33LG025,FM33LG026,FM33G0XX,FM33LC0XXN SERIES,FM33LE013A,FM33LE025A,FM33LG016A,FM33LG0XXA SERIES,FM33LC023N,FM33LG045A,MG33M048ER,FM33FR0XX系列,FM33A048EVB,FM331X,FM33A0XXEVB,FM33A0XXEVB SERIES,FM33A0410EVB,FM33LE0XXA,FM33LF0XX,FM33FT026A,FM33LE0XXEVB,FM33FR058,FM33LC046U,FM33A0610EV,MG33A045EVB,FM33LC0XXN,FM33LC012N,FM33A048EV,FM33LC012M,FM33LG046A,FM33LC0XX系列,FM33LC0XXM,FM33LE023A,FM33LG045,FM23XX系列,FM33A0XX,FM33LE026,FM33LC0XX,FM33LG0XXA系列,FM33LE022,FM33LE023,FM33LG046,FM33L0XX系列,FM33LE025,FM33LG048,FM33LC023U

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