KPS-600/20-ESC

不過，面對諸多不同晶片架構(gòu)業(yè)者積極搶進工業(yè)馬達領(lǐng)域，楊正廉認為，MCU（微控制器）架構(gòu)在開發(fā)難易度、導入成本與擴充能力等各項表現(xiàn)上遠勝FPGA（可編程邏輯閘陣列）架構(gòu)。他舉例指出，以輸送帶為例，光是材質(zhì)、重量的不同，輸送帶的流暢度、速度與度就會有所差異，這透過參數(shù)上的調(diào)校才有辦法作到，MCU在這方面的調(diào)整速度上具有相當?shù)膬?yōu)勢。

　　楊正廉也直言，由于ARM的Cortex-M4到M0的處理能力的不同，所以對應的馬達系統(tǒng)也會有所差異，一般來說，風扇或是無刷直流馬達采用M0架構(gòu)就足以應付，但若偏重造價較高或重視參數(shù)調(diào)校與性的馬達系統(tǒng)，采用M4會是理想的選擇。他進一步談到，由于馬達在不同應用領(lǐng)域下，需要調(diào)校的系統(tǒng)參數(shù)各有差異，為了保留系統(tǒng)的設(shè)計彈性，MCU與專為驅(qū)動馬達的驅(qū)動元件（Driver）不太可能有整合的可能性。

　　楊正廉也同意，在馬達控制上，電流與電壓的供應度的確是一門學問，但他強調(diào)，盡管MOSFET與IGBT等電源周邊元件有其重要性，但是數(shù)位控制本身還是重要的關(guān)鍵，所以類比電源電路與數(shù)位控制還是可以區(qū)分兩個層面來看，會較為簡單。不過，未來電源管理也開始走向數(shù)位化的情況下，楊正廉透露，采用MCU進行電源系統(tǒng)的管理也是可行的作法，換言之，若要讓馬達控制達到佳化，馬達轉(zhuǎn)速、角度的度乃至電源供應上，實務上可以用兩顆MCU就完成整個系統(tǒng)設(shè)計。根據(jù)圖2的算法結(jié)構(gòu)，F(xiàn)PGA設(shè)計采用模塊化方式，整體結(jié)構(gòu)的頂層圖如圖3所示。

　　從圖3可以看到，該設(shè)計包含分頻器（DIV_FRE）、符號化（SYM）、內(nèi)插濾波器（INTERPOLATION）、定時誤差檢測（TED）、環(huán)路濾波器（LPF）、內(nèi)部控制器（INTER_CTL）和外部控制器接口的時序電路（EXTER_CTL）共7個模塊。其中，分頻器由片外晶振提供時鐘輸入，分頻后為片內(nèi)其他模塊提供相應時鐘。其中碼元時鐘的分頻系數(shù)可由外部控制器通過接口進行設(shè)置。符號化是將A/D采樣產(chǎn)生的無符號數(shù)轉(zhuǎn)換為有符號數(shù)，以便后續(xù)模塊進行帶符號的運算。

　　外部控制器接口的時序電路將外部控制器送來的控制信號（ALE和RD）、地址信號（P2.0、P2.1）和數(shù)據(jù)信號（P0口）、轉(zhuǎn)換為FPGA 內(nèi)分頻器、環(huán)路濾波器和NCO的使能信號和參數(shù)，實現(xiàn)對位同步器各參數(shù)的設(shè)置。

　　分頻器、符號化和外部控制器接口模塊實現(xiàn)較為簡單，不再贅述。而內(nèi)插濾波器、定時誤差檢測、環(huán)路濾波器和內(nèi)部控制器的實現(xiàn)較為復雜，且本設(shè)計通過采用相應算法和改進結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了位同步器的通用性。本文將詳細闡述這些模塊的設(shè)計。

　　圖3 FPGA程序設(shè)計整體結(jié)構(gòu)頂層圖

　　2.2 模塊詳細設(shè)計

　　2.2.1 內(nèi)插濾波器設(shè)計

　　內(nèi)插濾波器是完成算法的核心，它根據(jù)內(nèi)插參數(shù)實時計算佳判決點的內(nèi)插值，即：

　　內(nèi)插濾波器是完成算法的核心，它根據(jù)內(nèi)插參數(shù)實時計算佳判決點的內(nèi)插值，即：

　　式中：mk 為內(nèi)插濾波器基點索引，決定輸入序列中哪些采樣點參與運算，它由插值時刻kTi 確定；μk 為誤差間隔，決定了內(nèi)插濾波器的沖激響應系數(shù)［1］.kTi 和μk 的信息由內(nèi)部控制器反饋回來。

　　本設(shè)計的內(nèi)插濾波器采用基于4 點分段拋物線多項式的Farrow結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。將式（1）變換為拉格朗日多項式，即令：

　　本設(shè)計的內(nèi)插濾波器采用基于4 點分段拋物線多項式的Farrow結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。將式（1）變換為拉格朗日多項式，即令：

　　根據(jù)式（2）和（3），內(nèi)插濾波器程序?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

　　從圖4可以看到，該結(jié)構(gòu)由1個移位器、5個觸發(fā)器、 8個相加器、2個乘法器組成，比直接型FIR節(jié)省10個乘法器、4個相加器的資源。其中，除以2的運算采用數(shù)據(jù)移位實現(xiàn)，避免使用除法器。輸入的8位數(shù)據(jù) x，計算后得到10位的內(nèi)插值y 輸出。由于內(nèi)部所有寄存器經(jīng)計算后，均采用小位數(shù)，有效地減少了Logic Elements資源的占用。

　　Farrow結(jié)構(gòu)實現(xiàn)圖2014年6月24日，德州儀器（TI）今日宣布推出其綜合的超低功耗FRAM 微控制器（MCU）平臺。該平臺配備了所有必要的硬件和軟件工具，支持開發(fā)人員降低能源預算，大限度地縮減產(chǎn)品尺寸并致力于實現(xiàn)無電池的。TI全新MSP430FR59x/69x FRAM MCU產(chǎn)品系列集成了涵蓋32KB至128KB嵌入式FRAM的EnergyTrace++?實時功耗分析器和調(diào)試器。這些MSP430? MCU非常適用于智能計量儀表、可佩戴式電子產(chǎn)品、工業(yè)和遠程傳感器、能量收集裝置、家庭自動化設(shè)備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）以及更多需要超低功耗、靈活內(nèi)存選擇和智能模擬集成的應用。

　　采用嵌入式FRAM的TI創(chuàng)新型超低漏電（ULL）專有技術(shù)可在-40至85攝氏度的整個溫度范圍內(nèi)提供低的系統(tǒng)功耗【運行功耗為100μA/MHz，實時時鐘（RTC）待機功耗為 450nA】和業(yè)界的功率性能。全新的FRAM MCU包括各種智能模擬外設(shè)，如在轉(zhuǎn)換速率為200 ksps時耗電流低至140μA的差分輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）以及可在系統(tǒng)處于待機狀態(tài)時運行的增強型流量計量掃描接口，從而使功耗降低10倍。此外，集成式8-mux LCD顯示器和256位加密標準（AES）加速器也可降低功耗，縮減材料清單成本并節(jié)省電路板空間。

　　采用EnergyTrace+ +技術(shù)實時調(diào)試能量

　　TI的新型EnergyTrace++技術(shù)是第一個能使開發(fā)人員為每個外設(shè)實時分析功耗（電流分辨率低至5nA）的調(diào)試系統(tǒng)。這使工程師能控制自己的功耗預算并優(yōu)化軟件，竭盡所能創(chuàng)造出能耗低的產(chǎn)品。這項新技術(shù)現(xiàn)在可用于MSP430FR59x和MSP430FR69x MCU產(chǎn)品系列，并配備全新的低成本MSP430FR5969 LaunchPad開發(fā)套件。

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