利用PLL估算器和弱磁技术（FW）实现永磁同步电机（PMSM）的无传感器磁场定向控制
磁场定向控制（Field Oriented Control，FOC）是这样一种方法：将某一磁通量（转子、定子或气隙）作为创建另一磁通量参考坐标系的基准，目的是退去定子电流转矩分量和励磁分量的耦合。去耦可以简化对复杂三相电机的控制，从而能像以单独励磁控制直流电机那样控制三相电机。这意味着电枢电流负责转矩的产生，励磁电流负责磁通的产生。在本应用笔记中，将转子磁通作为定子和气隙磁通的参考坐标系对PMSM进行FOC的特別之处在于:定子的d轴基准根据电机的数学模型进行位置和速度估算。因此,模型电流对应于d轴上的电枢反应磁通)设置为零。越接近真实硬件,佔算器的执行效果就越好。PMSM的转子磁体产生转子磁链Y。这与ACM不同,ACM数学建模取决于其拓扑结杓,主要分为两类:表面贴装需要磁化电流具有恒定的基准电流值,才能产生转圯和内部贴装型永磁休。针对应用的需求,这两个类均子磁链。有其优缺点。围绕表面贴装型永磁同步电札川发了相应气隙磁迸等丁永磁体产生的转」磁链与定子电流产生的的控制方案(图2),与其他类型的PMSM相比,其优电枢反应磁链的和,对于FOC的恒定转矩模式,d轴气点是转矩纹波低、价柊低。表面贴裝型PMSM的气隙磁隙磁通仅与平相等,d轴电枢反应磁通为零通比较平滑,因此定子的电感值非凸极PMSM〕,且反电动势( Back Electromagnetic Force,与此相对,在恒定功率运行时,定子电流的励憾分量BEMF)呈正弦波。用于削弱气隙磁场,从而提高转速。由于此类PMSM的气隙(包含置丁定子齿和转子铁芯在无需位置或速度传感器的无传感器控制中,主要的困难是实现一个稳健的遮度估算器,能够抵御温度、电磁之间的表面贴装磁体)较大,此类PMSM相对于具有同样尺寸和标称功率值的其他类电机,具有更小的感应系噪声等干扰。对于成本非常敏感或不允许有诸如位置传数。电机的这些特性在一定程度上简化了速度和位置估感器等移动部件的应用或者电机在电气条件非常恶劣的算器使用的数学模型,同时使得FOC更有效。环境下运行时,通常需要釆用无传感器控制。然而,不应将对精确控制的要求,特别是低速时的要求,当作就持续保持电杌转子的磁链滞后电枢磁链90度可以获得给定应用选择控制方案的关键因素。每安培的FOC转矩最大(见图3)。图永磁体表面贴装型的横截面电机的横截面1.转子转轴是252.转子铁芯3.电枢(定子4.带电枢线圈的电枢槽5转子永磁体6.气隙C 2010 Microchip Technology IncDS01292ACN第3页图相位矢量图(基本转速警告:在对磁体表面贴装型PMSM进行弱磁q时,稍不注意或未遵照电机制造厂商的规范槳作,就有可能使转」遭受机械损坏,永憾体被退憾。通常使用环氧树脂粘贴或者使用不锈钢或碳素纤维环米固定永磁体。若转速超出制造厂商指定的最大转速,永磁伓就可能脱落或损坏,从而导致转子以及其他附着在电机转轴上的机械部件遭到破坏。若气隙憾通密度超过了磁通密度曲线的拐点,就会屮PW导致退磁,如图5所示图永磁体的迟滞曲线(理论上)在FOC恒定功率模式下,无法有效实现PMSM的弱磁,原因是较大的气隙室间会导致减弱的电枢反应磁通对转子永憾体的磁链产生丨扰。基于这个原因,所能获得的最大转速无法高于待测电机基本转速的两倍。图4给出了恒定功率—弱磁模式下的相位矢量方向。图相位矢量图(高速迟滞由线1.水磁体的固有特性。2.永磁体的一般特性。其中磁场密度=磁场感应永磁体感应磁通值ld矫顽磁性=固有矫顽磁性DS01292ACN第4页c 2010 Microchip Technology Inc类估算器公式本应用笔记屮使用的估算器就是AN1162《交流感应电a cos(p Bsin(p机(ACIM)的无传感器磁场定向控制(FOC)》(见参考文献)中采用的估算器,只是在本文中用于sin(pPMSM电机而已。估算器来用PLL结构。其工作原理基于反电动势采用固定的定子坐标系,公式4代表定子电路公式。(BEMF)的d分量在稳态运行模式中必须等于零。图6给出了佔算器的框图。公式如图6中的闭环控制回路所示,对转」的估算转速()进行积分,以获取估算角度,如公式1所示C公式阝阝阝在公式4中,包含-β的项通过经 Clarke变换的相将BEMF的q分量除以电压常量Kd得到估算转速系统的对应测量倌得到。以Y型(星犁)连接的定子相如公式2所示:为例,和分别代表每个相的定子电感和电阻。若电机采用△连接,则应计算等效的Y型连接相电阻和电公式并在上述公式中使用佟7表小估算器的参考电路模型。电机的A、B和C端n()·)连接到逆变器的输出端。电压、和代表施加给电机定子绕组的相电压。代表逆变器桥臂间的线电压,相电流为和考虑公式2中给出的最初估算假设(BEMF的d轴值在稳态下为零),根据 BEMF q轴值的符号,使用BEMF d轴值对BEMq轴值让行校正。经过公式3显示的Park变换后,使用一阶滤波器对 BEMF d-q分量值进行滤波。图:估算器的原理框图LPFa BLPFqC 2010 Microchip Technology IncDS01292ACN第5页图估算器的电路模型公式ARsVAB其中=Y犁连接的电机相电感=采样时间等于PWM周期BC为遊变器的直流链路电压BLS为每相的最大峰值电流B2·汇代表其中将控制系统中实现的公式做进一步的演化,估算器公式=Y型连接的电机相电阻4中的电压a和∨B是在FOC的前一训算环节中得到的结果,它们不仅在控制的前一步骤中馈送给空间向量调制( Space Vector Modulation,SVM)电路,而且在公式4的最后一项中,电流对时间的导数会对软件造成当前步骤屮馈送给估算器电路。la和lB是相电流经扰。因此,估算器的每次执行周期中都引入了电流变Clarke变换后得到的,在估算器的每个工作环节中都将化的极值,该值必须小于估算器每次执行周期的最大被读取电流变化值,每当发生PwM屮断都将执行该周期。公式4中定子电感()和电阻()经过了归一化根据公式3,将得到的 BEMF和B值通过Park变以便简化计算并满足软件表小要求,如公式5所小。換转换到转子磁通的旋转参考坐标系,得到和值。在Pak变换中使用的角度p,是估算器前一执行环节中计算得到的。基于等丁零,優用一阶滤波器对BEMF的dq值进行滤波,并将滤波后的值代入估算器的主程序。公式2给出了的计算,即如何得到电气转遼。对电气转达进行积分得到转子磁通与c-B固定定子坐标系之间的角度(p)。在公式2,K表示表1给出的电压常量。公式6给出了电气转速计算中使用的归化公式代表1000其中=极对数,以及前面指出的其他输入DS01292ACN第6页c 2010 Microchip Technology Inc使用与BEMF中所用的相同一阶滤波器对转速反馈进行确定这样的特性参数是个耗时的过稈,和预期一样,这滤波。该滤波器的一般形式见公式7些特性参数的线性度极差。公式:调整和实验结果(()-(-1)当转速低于基本抟速时,进行算法调整非常简单,此时用最大转矩模式。通常,由电机制造厂商测量或给出其中的参数添加到攴持文件中,该=当前滤波器的输出文件随本应用笔记一起提供(见附录:源代码),(-1)=上一次滤波器的输出从而得到归一化的参数供估算器使用。得到的值随后被()=当前滤波器的输入添加到项目文件中,准备运行。=滤波器常量要测量的参数包括转子电阻、转子电感以及电压常量Kd。滤波器输出的直流值应该不含有由ADC采集引起的噪声或软件计算引入的高频变化。滤波器的调整取决于要可在电机的接线端测量定子电阻和电感,然后将测得的滤波的值( beMF d-q分量和电气转速)的变化速度值除以2,得到和值。对于Δ型连接的电机,若调整的结果是要保证足够的带宽,降低冇用信号损失的电机制造厂商提供了相电阻和电感,则应将它们除以3得到星型连接的等效相电阻和电感可能性。对于BEMd-q分量,有两种情形:(1)高速,在弱嵫模式中,由于缺乏转矩瞬变或髙加速斜率,变化所有电机的制造厂商均会给出电压常量K其实,您缓慢:(2)低速,速度变化取决于电机的机械常量(以也可以采取非常简单的步骤来测量这个参数,即以恒定及电机转轴上的负载)和基准速度升高或下降的斜的速度旋转转子转轴,同时测量电机线端的输出电(取较快的那个值)压。如果在转速为1000RPM的情况下读数,测得的电瓜为典型的RMS值。将读到的数值乘以2的川平方即可得到以KRPM为单位表示的值。弱磁()对于测试的电机参数,表1中的数据就是米取上述步骤PMSM的弱磁意味着绘旋转坐标系d轴方向的定子电流测得的。施加一个负值,作用是削弱气磁链逆变器的电压输出在定子电阻和感应电阻上产生压降表剩下的电压用于消除BEMF。BEMF与电机的转速和电压常量K成正比。考虑到逆变器的最大输出电压限值电机类型电机单位通过降低与气隙磁链呈正比的电机电压常量Kb即可提高转速。气隙磁链的降低自然会导致转矩降低。连接类犁由丁控制气隙弱磁所涉及的电机特性参数之间的关系错L-L电阻1922综复杂,因此情况有些复杂。LL电感-1kHz2.672H电枢d轴电流对气隙弱磁的影响取决于从电枢齿到转子电压常量Ka7.24铁芯的磁烙的形状和磁性。如前所述,磁体表面贴装的KRPM类型对有效弱磁并无益处,因此设计电机磁路时很可能环温度22.7C仅针对电机以基本转速运行的情况,一旦超过基入转速就会出现饱和现象。饱和效应会导致电气参数发生变化其中之一就是定子的磁链电感,该值会在磁模式下减小。C 2010 Microchip Technology IncDS01292ACN第7页在 dS PICDEM MCLV开发板的两条并联攴路上分别读取要调整的开环参数包括锁定时间、最终加速度以及基准必需的相电流,在ADC采集之后,将读到的值缩放至电流值。锁定时闫代表转子对齐所必需的时间,它取决合适的范围。电流的总缩放因子取决于读取并联支路的于负载初始转矩和转动惯量(这两个值越大,锁定时间差分运放的增益和流经电机的电流的最大值。例如,在就越长)。起动时上升到的最终转速(以RPM表小)并联支路电阻为0.005Ω的情况卜,44A的峰值相电流应没置得足够高,以使估算器计算的BEMF具有足够的和75的增益会导致ADC输入端的电压为33V。对电精度,达到最终转速的时间取决于连接到电机转轴上的流使用缩放因子1,经过例1的转换,得到的电流值将阻性负载:负载越人,达到最终基准转遮所需的时间就为Q15格式,釆用软件实现方案时,必须使用该格式越长。例采用开环控制替代闭环控制起到简化的目的,其中转子磁通和圊定参考坐标系之间的估算角由开环増速控制中使用的强制角替换。强制角不关心转子的位置,而是使抟了位置增加一个角度,从而使转子的位置成为一个不断增加的量。图1给出了控制环的另一种简化形式,即在支持文件屮,电流缩放因子缺少速度控制器,并且q轴的基准电流是硬编码的是通过实验确定的,而并非使用上述步骤,因此消除了q轴基准电流用于提供在转速开环上升阶段流终电机的可能由电气元件公差导致的训算误差。公式8中显小的电流;初始负载越高,所需的电流就越人,负载决定基缩放常量与內部软件变量相乘得到实际电流值。准转短。公式:例2给出了基准电流设置的宏定义,将实际的电流值输入参数归一化至软件要求的范围,其算依赖于电流缩放常量(),最初是通过计算0确定的。作为输入的实际电流值的单位应为安培,并且处于[,]范围内。反之,要获取缩放常量,可以将实际电流值除以软件表示的十进制数。在稳态工作条件下,使用电流探针和例MPLAB③IDE的数据监视和捕捉接凵( Data monitorand capture Interface,DMc)功能,在示波器上测量峰值电流,并将测得的值除以DMCI给出的对应值即可完成上述操作。欲知有关DMC|用法的细节,请查询MPLAB IDE帮助文件。要使算法在开环系统中工作,从而禁止初始调节时的闭公式4显小在阻抗和感抗电压降计算中包含采集的电环控制环节,则应启用例3中给出的特定宏代码定义。流。由于采集过程中叫能存在噪声,需要对感抗电瓜降计算中包含的导数项进行限制以获得有效值。对于待测例电机来说,最人转速为5500PRM,峰-峰值电流为5A的情况下,最大电流变化为每50us025A就最初校准而言,电机起动时应带有负载,此时需要调整开环斜率参数。这对于在激活闭环控制之前,潜在P控制器的重新校准,甚全是一些初始过渡阶段的校验(比如强制角和估算角之间的角误差以及实验确定电流缩放常量),以及最初开环上升参数的精调非常有用。DS01292ACN第8页c 2010 Microchip Technology Inc对于采用弱磁后电机转速超过标称转速的情祝,由于系把这些考虑个内,并考虑公式6,当BEMF保持恒定时统参数呈现非线性,因而调节将更为复杂转速和1/a之间就呈玩比例关系,如公式9所示。从这点开始调整的目的,是要在无负载的条件下,实现测试电机标称转速的倍增。公式:警告:通常,电机制造厂商指出了不损坏电机时能够达到的最大转速(可能比额定电流时的制动点速度要大);如果未指出,电机的运行速度可能更高,但只能作一小段时间(断断续续地),还要承担前一节中于是对于转速倍增而言,为了弥衤感电压降,考虑每所述的退磁或机械损坏风殓电压常数1/d的上升超过一半(125%)的情沉。在查找衣中给出了1/d随转速的变化关系,查找索引在弱磁模式中,如果转速超过标称值而造成FOC失效,随时可能损坏逆变器。其原取决于转速。在开始韶分,查找表将表示1/φ随因在于,BEMF值将大于标称转速时产生转速ω的线性变化关系,不过稍后根据负载情况可对线性变化进行微调以便获得最佳能效。查找索引的获的BEMF值,从而超出DC母线电压值而这是逆变器的功率半导体和DC链路电容得,是把转了实际转速减去弱磁策略开始旄行之后的转速,再除以一个缩放因子。索引缩放因子给出了查找表不得不予以支持的电压。由于打算进行的调整意味着反复的系数校正,直至达到最的精细稈度度量,所以,对于相同的转速范围,缩放因优运行状况,为了防止在高速时电机停子越人,在查找表中得到的点就越少,而点代表的是加转,应确保使用相应电路对逆变器进行保以老虑的转速域。对于我们考虑的电机,最大转速是27500单位,其中5000单位表示1000RPM。考虑缩放因子为1024,弱磁开始转速是13000单位,结果是对调整原理的解释始于图4中的矢量图。考虑在(逆变(27500-13000)/1024=141。作表中有大致15项就器能够提供的)最大电压时生成每安培最大转矩所需的足以覆盖期望的转速范围。反过来计算,假如查找表中电流,低于标称转速时,它表示的只是q分量,这是转有17项,可能的最大转速将是17·1024+13000=矩生成所必需的。口前,等于;但是,弱磁策略开30408单位,约为6000RPM。由于估算的电流速度总始之后,定子电流将等丁d、q分量的矢量和。假设是存在某种程度的噪声,而且在速度值改变时索引的计定子电流及输入电压(绝对值)不变,定子电阻算可能不稳定,因此在软件屮计算索引时,使用的不是上的电压降也将不变,而感抗电压降将随转速成比例增(估算的)电流速度,而是基准速度。可以考虑基准速加。但是,由于表面贴装PM的感应系数值很小,在与度的变化斜率足够慢,从而估算速度能够很接近它。其他隐含指出的测量值进行比较时,可以忽略感抗的增考虑基准和最人遮度之间的线性变化关系,查找表值将加。把这一前提考虑在内,在对电机进行加速时,可以看上去类似于例4,且将使用实验获得的结果更新查找认为弱磁时BEMF是忸定的,由于感抗电压降的增加,BEMF的稍许下降是可以接受的。表值。表中的第一个值表示电机基时的1/d值,如同使用支持文件()所计算的那样。C 2010 Microchip Technology IncDS01292ACN第9页例:电压常数倒数初始化查找表电流的负d分量作用是减小电压常数Φ,在理想情况下是成比例的,如前所述,这为提升转速留下更人空另一方面是弱磁模式屮定子磁链电感的变化,它也是非线性的。为了消除它的影响,意味着要使用另一个査找表,其査找索引如前所述相同。表中的项表示的是转速①时的电感变化率(o),具体值是其索引除以基速时的两倍。表中第一项始终应该是,因为是基速电感除以两倍白身。此时,表中其余各项填充的值都好像其电慼是基速时的一半(例6)。例:电感变化初始化查找表使用标称电流运行电机,将不会导致磁铁的永久消磁。所以,强制d分量(亡负责气弥净磁通密度下降)为标称电流将不会有破坏性影响。在稳态时,由于缓慢的加速斜率以及没有阻抗转矩(除了轴承摩擦和风扇之外),无负载工作吋所需的q分量将非常小。实践中,d轴电流分量的设定通过查找表来进行,其索引与用来查找电压常数耷找表的索引相同。最初,表中填充的值将是电流与转速Q呈线性关系的值(表中的第一项表小的基速值,最后一项表小标称的电流值),如例5所示。例:轴基准电流初始化查找表出于测试目的,在软件中使用缓慢的斜率作为基准速度,使用如下的定义进行激活,如例7所示。例DS01292ACN第10页c 2010 Microchip Technology Inc
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Cortex-M3核心的相关信息,请参考《 Cortex-M3技术参考手册》,可以在ARM公司的网站下4i:httpinfocenter.arm.com/help/index.isp?topic=/com.arm.doc.ddi0337eisCortexIntellgent Processors by ARM ARME参照209年3月STM32F103XCDE数据手册英文第5版(本译文仅供参考,如有翻译错误,请以英文原稿为准)4/87STM32F103XC,STM32F103XD,STM32F103xE数据手册2规格说明STM32F103XC、STM32F103xD和STM32F103XE增强型系列使用高性能的 ARMR CortexTM-M332位的RSC内核,工作频率为72MHz,内置高速存储器(高达512K字节的闪存和64K字节的SRAM丰富的增强O端冂和联接到两条APB总线的外设。所有型号的器件都包含3个12位的ADC、4个通用16位定时器和2个PWM定时器,还包含标准和先进的通信接口:多达2个PC接口、3个SP接口、2个S接口、1个SD接口、5个 USART接口、一个USB接口和一个CAN接口。STM32F103X人容量增强型系列工作于-40°至+105°C的温度范围,供电电压2.0V至36V,一系的省电模式保证低功耗应用的要求STM32F103X大容量增强型系列产品提供包括从64脚至144脚却的6种不同封装形式;根据不同的封装形式,器件中的外设配置不尽相同。下面给出了该系列产品中所有外设的基本介绍。这些丰富的外设置,使得STM32F103XX大容量增强型系列微控制器适合于多种应用场合电机驱动和应用控制医疗和手持设备●PC游戏外设和GPS屮台●工业应用:可编程控制器(PLC)、变频器、打印机和扫描仪警报系统、视频对讲、和暖气通风空调系统等图1给出了该产品系列的框图。21器件一览表2STM32F103XC、STM32F103XD和STM32F103XE器件功能和配置外设STM32F103RXSTM32F103VxSTM32F103Zx闪存(K字节)2563845122563845122563845512SRAM(K字节)4864486464FSMC(静杰存储器控制器)无有(1)有通用4个TM2、TM3、TM4、TM5)定时器高级搾制2个(TM1、TM8)基本2个(TM6、TM7SPI(IS)(2)3个(sP1、SP2、SPB),其中SP2和SP可作为S通信2C2个(C1、PC2)通信 USART/UART5个 USART1、 USART2、 USART3、UART4、UART5)接口USB1个USB20全这)CAN1个(20B主动)SDIOGP|O端口518011212位ADC模块(通道数)3(16)3(16)3(21)12位DAC转換器(通道数)2(2)CPU频率72MHZ1作电压2.0-36V环境温度:40℃~+85℃/-40℃~+105℃(见表10)作温度结温度:-40℃-+125℃(见表10)封装形式LQFP64, WLCSP64LQFP100, BGA100LQFP144, BGA1441.对于LQFP100和BGA100封装,只有FSMc的Bank1和Bank2可以使用。Bank1只能使用NE1片选支持多路复用NOR/PSRAM存储器,Bank2只能使用NCE2片选支持一个16位或8位的NAND闪存存储器。因为没有端口G,不能使用FSMC的中断功能。2.SP2和sP3接口能够灵活地作S門模式和S音频模式间切换。参照209年3月STM32F103XCD数据手册英文第5版(本译文仅供参考,如有翻译错误,请以英文原稿为准)5/87STM32F103XC,STM32F103XD,STM32F103xE数据手册22系列之间的全兼容性STM32F103Xx是·个完整的系列,其成员之间是完全地脚对脚兼容,软件和功能上也兼容。在参考手册中,STM32F103x4和STM32F103X6被归为小容量产品,STM32F103X8和STM32F103XB被归为中等容量产品,STM32F103XC、STM32F103XD和STM32F103E被归为大容量产品。小容量和人容量产品是中等容量产品(STM32F103X8/B)的延伸,分别在对应的数据手册中介绍STM32F103x46数据手册和STM32F103xC/D/E数据手册。小容量产品只有较小的闪存存储器、RAM空间和较少的定时器和外设。而大容量的产品则具有较大的闪存存储器、RAM空间和更多的片上外设,如SDO、FSMC、fS和DAC等,同时保持与其它同系列的产品兼容STM32F103x4、STM32F103X6、STM32F103xC、STM32F103XD和STM32F103XE可直接替换中等容量的STM32F103X8/B产品,为用户在产品开发中尝试使用不同的存储容量提供了更大的自由度表3STM32F103XX系列小容量产品中等容量产品大容量产品脚16K闪存32K闪存)64K闪存128K闪存256K闪存384K闪存512K闪存数6K10K20K20K48K或64K64K(2)64KRAMRAMRAMRAMRAMRAMRAM3个 USART+2个UART1444个16位定时器、2个基本定时器3个SP、2个2S、2个C3个 USARTUSB、CAN、2个PWM定时器3个16位定时器3个ADC、1个DAC、1个SD|O642个 USART2个SP、2个PC、USB2个16位定时器CAN、个PWM定时器FSMC(100和144封装0)481个Pl、1个P、USB、1个ADCCAN、1个PWM定时器362个ADC对于订购代码的温度尾缀(6或7)之后没有代码A的产品,其对应的电气参数部分,请参考STM32F103X8/B中等容量产品数据手册。2.只有CSP封装的带256K闪存的产品,才具有64K的RAM3.100脚封装的产品中没有端口F和端口G。23概述23.1ARM的 CortexTm-Mv3核心并内嵌闪存和SRAMARM的 Cortex TM-M3处理器是最新一代的嵌入式ARM处理器,它为实现MCU的需要提供了低成本的平台、缩减的引脚数日、降低的系统功耗,同时提供卓越的计算性能和先进的中断系统响应。ARM的 Cortex ti-M3是32位的RsC处理器,提供额外的代码效率,在通常8和16位系统的存储空间上发挥了ARM内核的高性能。STM32F103XC、STM32F103XD和STM32F103XE增强型系列拥有内置的ARM核心,因此它与所有的ARM工具和软件耒容。图1是该系列产品的功能框图232内置闪存存储器高达512K字节的内置闪存存储器,用于存放程序和数据参照209年3月STM32F103XCD数据手册英文第5版(本译文仅供参考,如有翻译错误,请以英文原稿为准)6/87STM32F103XC,STM32F103XD,STM32F103xE数据手册23.3cRc(循环冗余校验)计算单元CRc(循环冗余校验)计算单元使用一个固定的多项式发生器,从一个32位的数据字产一个CRC码在众多的应用中,基于CRC的技术被用于验证数据传输或存储的一致性。在EN/EC60335-1标准的范围内,它提供了一种检测闪存存储器错误的于段,CRC计算单元可以用于实时地计算软件的签名,并与在链接和生成该软件时产生的签名对比234内置SRAM多达64K字节的内置SRAM,CPU能以0等待周期访问(读/写)23.5FSMc(可配置的静态存储器控制器)STM32F103xC、STM32F103x和STM32F103xE增强型系列集成了FSMC模块。它只有4个片选输出,支持PC卡CF卡、SRAM、 PSRAM、NOR和NAND。功能介绍:三个FSMC中断源,经过逻辑或连到NVC单元写入F|FO;代犸可以在除NAND闪存和PC卡外的片外存储器运行;目标频率fctk为HCLK/2,即当系统时钟为72MHz时,外部访问是基于36MHz时钟;系统时钟为48MHz时,外部访问是基于24MHz时钟。23.6LcD并行接口FsMC可以配置成与多数图现LCD控制器的无缝连接,它支持 FIntel8080和 Motorola6800的模式,并能够灵活地与特定的LCD接口。使用这个LCD并行接口可以很方便地构建简易的图形应用环境,或使用专用加速控制器的髙性能方案。237嵌套的向量式中断控制器(NVc)STM32F103XC、STM32F103XD和STM32F103XE增强型产品内置嵌套的向量式中断搾制器,能够处理多达60个可屏蔽中断通道(不包括16个 Cortex Tm-M3的中断线)和16个优先级。●紧耦合的NVC能够达到低延迟的中断响应处理中断向量入口地址直接进入内核紧耦合的NVC接口●允许中断的早期处理●处理娩到的较高优先级中断●支持中断尾部链接功能●自动保存处理器状态●中断返回时自动恢复,无需额外指令开销该模块以最小的中断延迟提供灵活的中断管理功能238外部中断/事件控制器(EXT)外部中断事件控制器包含19个边沿检测器,用于产生中断事件请求。每个中断线都可以独立地配置它的触发事件(上升沿或下降沿或姒边沿),并能够单独地被屏敞;有个挂起奇仔器维持所有中断请求的状态。EXT可以检测到脉冲宽度小于内部APB2的时钟周期。多达112个通用WO口连接到16个外部中断线。23.9时钟和启动系统时钟的选择是在启动时进行,复位吋内部8MHz的RC振涝器被选为默认的CPU时钟,随后可以选择外部的、具失效监控的4~16MHz时钟;当检测到外部时钟失效时,它将被隔离,系统将自动地切换到内部的RC振荡器,如果使能了中断,软件可以接收到相应的中断。同样,在需要时可以采取对PLL时钟完全的中断管玭(如当一个间接使用的外音振荡器失效时)。参照209年3月STM32F103XCD数据手册英文第5版(本译文仅供参考,如有翻译错误,请以英文原稿为准)7/87STM32F103XC,STM32F103XD,STM32F103xE数据手册多个预分频器用于配置AHB频率、高速APB(APB2)和低速APB(APB1)区域。AHB和高速APB的最高频率是72MHz,低速APB的最高频率为36MHz参考图2的时钟驱动框图。23.10自举模式在启动时,通过自举引脚可以选择三种自举模式中的和:从程序闪存存储器自举从系统存储器自举●从内部SRAM自举自举加载程序( Bootloader)存放于系统存储器中,可以通过 USART1对闪存重新编程23.11供电方案●VDD=2.0~3.6V:VD引脚为l/O引和内部调压器供电。VεsA,√υA=2.0-~-3.6V:为ADC、复位模块、RC振荡器和PL的模拟部分提供供电。使用ADC时,VDA不得小于24V。VpoA和VssA必须分别连接到VDp和∨ssn●VBAT=18~36V:当关闭VpD时,(通过内部电源切换器)为RTC、外部32kHz振荡器和后备寄存器供电。关于如何连接电源引脚的详细信息,参见图12供电方案。23.12供电监控器本产品內部集成了上电复位(POR掉电复位PDR)电路,该电路始终处于上作状态,保证系统在供电超过2V时工作;当VD低于设定的阀值( VPOR/PDR)时,置器件于复位状态,而不必使用外部复位电路。器件中还有一个可编程电压监测器(PVD),它监视V/VpA供电并与阀值∨pv比较,当∨DD低于或高于阀值V时产生中新,中断处押程序可以发出警告信息或将微控制器转入安全模式。PVD功能需要通过程序廾启。关」 VapOr/P和V的值参考表1223.13电压调压器调压器有三个操作模式:主模式(MR)、低功耗模式(LPR)和关断模式●主模式(MR)用于正常的运行操作低功耗模式(LPR)用于CPU的停机模式关断模式用于CPU的待机模式:调压器的输出为咼阻状态,内核电路的供电切断,调压器处于零消耗状态(但寄存器和SRAM的内容将丢失)该调压器在复位后始终处于工作状态,在待机模式下关闭处于高阻输出。23.14低功耗模式STM32F103xC、STM32F103XD和STM32F103xE増强型产品支持三种低功耗模式,可以在要求低功耗、短启动吋间和多种唤醒事件之间达到最佳的平衡。睡眠模式在眠模式,只有CPU停止,所有外设处于工作状态并可在发生中断事件时唤酲CPU。停机模式在保持SRAM和寄存器内容不丢失的情况下,停机模式可以达到最低的电能消耗。在停机模式下,停止所有内部1.8V部分的供电,PLL、HS的RC振荡器和HSE皛体振荡器被关闭,调压器可以被置于普通模式或低功耗模式。可以通过任一配置成EXT的信号把微控制器从停机模式中唤醒,EXT信号可以是16个外部ⅣO口之一、PVD的输出、RTC闹钟或USB的唤醒信号●待机模式在待机模式下可以达到最低的电能消耗。内部的电压调压器被关闭,因此所有内部1.8V部分的供电被切断;PLL、HSI的RC振荡器和HSE晶体振荡器乜被关闭;进入待机模式后,SRAM和寄存器的内容将消尖,但后备寄存器的内容仍然保留,待机电路仍工作,从待杋模式退出的条件是:NRST上的外部复位信号、DG复位、WKUP引脚上的一个上升边沿或RTC的闹钟到时参照209年3月STM32F103XCD数据手册英文第5版(本译文仅供参考,如有翻译错误,请以英文原稿为准)8/87STM32F103XC,STM32F103XD,STM32F103xE数据手册注:在进入停机线待机模式时,和对应的时钟不会数停止2.3.15DMA灵活的12路通用DMA(DMA1上有7个通道,DMA2上有5个通道)可以管理存储器到存储器、设备到存储器和存储器到设备的数据传输:2个DMA控制器支持环形缓冲区的管理,避免了控制器传输到达缓冲区结尾时所产生的中断。每个通道都有专门的硬件DMA请求逻辑,同时可以由软件触发每个通道;传输的长度、传输的源地址和目标地址都可以通过软件单独设置DMA可以用于主要的外设:SP、P2C、 USART,通用、基本和高级控制定时器TMx,DAC、P2s、SD|O和ADC2316RTc(实时时钟和后备寄存器RTC和后备寄存器通过一个廾关供电,在V0有效时该廾关选择VD供电,否则由VAT引脚供电。后备寄存器(42个16位的寄存器)可以用于在关闭VD时,保存84个字节的用户应用数据。RTC和后备寄存器不会被系统或电源复位源复位;当从待机模式唤醒时,也不会被复位。实时时钟具有一组连续运行的计数器,可以通过适当的软件提供日历时钟功能,还具有闹钟中断和阶段性中断功能。RTC的驱动时钟可以是一个使用外部晶体的32.768kHz的振荡器、内部低功耗RC振荡器或高速的外部时钟经128分频。内部低功耗RC振荡器的典型频率为40kHz。为补偿大然晶体的偏差,可以通过输岀一个512Hz的信号对RTC的时钟进行校准。RTC具有一个32位的可编程计数器,使用比较寄存器可以进行长时间的测量。有一个20位的预分频器用于时基时钟,默认情况下时钟为32768kHz时,它将产生一个1秒长的时间基准。23.17定时器和看门狗大容量的STM32F103x增强型系列产品包含最多2个高级控制定时器、4个普通定时器和2个基本定时器,以及2个看门狗定时器和1个系统嘀嗒定时器下表比较了高级控制定时器、普通定时器和基本定时器的功能:表4定时器功能比较匚定时器计数器分辩率计数器类型预分系数产生DMA请求捕获/比纹通道补输出TIM1向上,向下,1-65536之间16位的仁意整数可以TIM向上F下有TIM2TIM316位下,1-65536之间的任意整数可以4TIM4向上/下没有TIM5TIMo16位向上1~65536之间的仁意整数可以TMZ没有高级控制定时器(TIM1和TM8两个高级控制定时器(TM1和TM8)可以被看成是分配到6个通道的三相PWM发生器,它具有带死区插入的互补PWM输出,还可以被当成完整的通用定时器。四个独立的通道可以用于:输入捕获输出比较●产生PWM(边缘或中心对齐模式)●单脉冲输出阽置为16位标准定时器时,它与TIMx定时器具有相同的功能。置为16位PWM发生器时,它具有全调制能力(0~100%)在调试模式下,计数器可以被冻结,同吋PWM输出被禁止,从而切断由这些输出所控制的开关。很多功能都与标准的TM定时器相同,内部结构也相同,因此高级控制定时器可以通过定时器链接功能与TIM定时器协同操作,提供同步或事件链接功能。参照209年3月STM32F103XCD数据手册英文第5版(本译文仅供参考,如有翻译错误,请以英文原稿为准)9/87STM32F103XC,STM32F103XD,STM32F103xE数据手册通用定时器TMx)STM32F103XC、STM32F103xD和STM32F103XE增强型系列产品中,内置了多达4个可同步运行的标准定时器TM2、TIM3、TM4和TM5)。每个定时器都有一个16位的自动加载递加/递减计数器、个16位的预分频器和4个独立的通道,每个通道都可用于输入捕获、输出比较、PWM和单脉冲模式输出,在最大的封装配置中可提供最多16个输入捕获、输出比较或PWM通道。它们还能通过定时器链接功能与高级控制定时器共同工作,提供同步或事件链接功能。在调试模式计数器可以被冻结。任一标准定时器都能用于产生PWM输出。每个定时器都有独立的DMA请求机制这些定时器还能够处理增量编码器的信号,也能处理13个霍尔传感器的数字输出。基本定时器TM6和TM7这2个定时器主要是用」产生DAC触发信号,也可当成通用的16位时基计数器独立看门狗独立的看门狗是基于一个12位的递减计数器和一个8位的预分频器,它由一个内部独立的40kHz的RC振荡器提供时钟;因为这个RC振荡器独立于上时钟,所以它可运行于停机和待机模式。它可以被当成看门狗用于在发生问题时复位整个系统,或作为一个自由定时器为应用程序提供超时管理。通过选项字节可以軋置成是软件或硬件启动看门狗。在调试模式卜,计数器可以被冻结。窗口看门狗窗凵看门狗内有一个7位的递减计数器,并可以设置成自由运行。它可以被当成看门狗用于在发生问题时复位整个系统。它由主时钟驱动,具有早期预警中断功能;在调试模式下,计数器可以被冻结。系统时基定时器这个定时器是专用于实时操作系统,也可当成一个标准的递减计数器。它具有下述特性●24位的递减计数器自动重加载功能●当计数器为0时能产生一个可屏蔽系统中断可编程时钟源2318|C总线多达2个C总线接口,能够工作于多主模式或从模式,支持标准和快速模式。C接口支持7位或10位寻址,7位从模式时支持双从地址寻址。内置了硬件CRC发生器/校验器。它们可以使用DMA操作并支持 SMBuS总线20版/ PMBus总线2319通用同步/异步收发器 USART)STM32F103xC、STM32F103XD和STM32F103xE增强型系列产品中,内置了3个通用同步/异步收发器( USART1、 USART2和 USART3),和2个通用异步收发器UART4和UART5)这5个接凵提供异步通信、支持| DA SIR ENDEO传输编解码、多处理器通信模式、单线半双工通信模式和L|N主/从功能。USART1接口通信速率可达4.5兆位秒,其他接口的通信速率可达225兆位秒。USART1、 USART2和 USART3接口具有硬件的CTS和RTS信号管理、兼容|SO7816智能卡模式和类S門通信模式,除了UART5之外所有其他接口都可以使用DMA操作。2320串行外设接口sP)多达3个SP接冂,在从或主模式下,全双L和半双L的通信速率可达18兆位/秒。3位的预分频器可产生8种主模式频率,可配置成每帧8位或16位。硬件的CRC产生/校验支持基本的SD卡和MMC模式。所有的S門l接口都可以使用DMA操作。参照209年3月STM32F103XCD数据手册英文第5版(本译文仅供参考,如有翻译错误,请以英文原稿为准)10/87
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