聊聊极海哪些MCU适用于编码器应用

只看该作者 · 2024-12-2 10:44

本帖最后由小飞鸟f 于 2024-12-2 18:45 编辑

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1、前言

在电机控制系统中，编码器是一个非常重要的组成部分。编码器能够实时监测电机的转动位置，并将这一信息反馈给控制系统。

随着国内编码器技术不断突破，出现了各种各样的编码器方案。在这里，简单聊一聊不同编码器方案的特点以及极海MCU适用于哪些方案。

2、编码器分类

这将编码器分成以下几类：

这里针对增量编码器和绝对值编码器进行方案分析，方案以是否需要MCU进行分类。

3、增量编码器方案分析

对于增量编码器，实现方案主要分以下3种：

无MCU方案：增量式编码器还是以专用芯片为主，该方案无需使用MCU。

非省线式转为省线式方案：非省线式增量编码器同时输出ABZ和UVW信号，省线式增量编码器同一时刻只能输出ABZ或UVW信号。该方案对MCU资源需求比较简单：SPI口与专用芯片通信、SPI/UART与调零工具通信、GPIO口控制二选一模拟开关芯片。极海的APM32F003系列芯片已经实际应用于该方案。方案框图如下所示：

原始模拟信号解算出增量信号方案：该方案要求主控芯片采样和处理速度快，实时性高。对于1000线以上，MCU输出增量信号的实时性可能满足不了，需要FPGA/CPLD+并口ADC，但是这种方案成本偏高，还不如使用专用芯片方案。对于1000线以下，可以尝试应用APM32F103实现，实时性仍然比不上专用芯片，但是在一些允许一定滞后响应的低成本应用场合可以使用。对于该方案，也许未来会出现一颗更符合的SOC，这样，增量编码器成本将进一步降低，而且灵活性更高，分辨率可以自由设置。

4、绝对值编码器方案分析

对于绝对值编码器，实现方案主要分以下4种：

无MCU方案：该方案在以前是主流方案，由于成本过高，现在逐渐被其他方案替代。

只做多圈系统方案：该方案对MCU资源需求如下图所示。该方案MCU注重低功耗和小封装，极海APM32F003系列芯片已经实际应用于该方案。APM32F003在停机模式下，常温下典型功耗低值3.43uA，整个编码器的掉电功耗可以做到10uA以内！

多圈系统和协议转换方案：该方案是当前主流方案之一。由于该方案成本比无MCU方案低，开发难度比原始模拟信号解算方案低，而受大家青睐。极海APM32F103xB由于独特的优势，已经广泛应用于该方案。极海也完成了该方案的参考设计，详情见https://mp.weixin.qq.com/s/c9hOVrUUzmQ7oQsDjKX7Kw，这里不做详细描述。

原始模拟信号解算方案：该方案是未来发展的趋势，由于该方案成本低、灵活度高，大家都在尝试该方案。由于MCU资源以及开发难度高，导致该方案真正量产的厂商并不多。该方案对MCU资源需求如下。在23位光电式绝对值编码器方向，基于极海APM32F103xB的编码器已经实现量产。对于17位及以上的磁电式绝对值编码器，由于需要16位高精度ADC，暂时没有适合的国产MCU。感兴趣的团队可以尝试该方案，成本比无MCU方案降低很多。

5、结论

对于增量式编码器，极海APM32F003适用于非省线式转为省线式方案；极海APM32F103可以做1000线以下的原始模拟信号解算出增量信号方案。

对于绝对值编码器，极海APM32F003适用于只做多圈系统方案；极海APM32F103xB适用于多圈系统和协议转换方案和光电式绝对值编码器的原始模拟信号解算方案。