STSPIN32F0 和 STSPIN32F0A 是 ST 的首款系統(tǒng)級(jí)封裝 （SiP），結(jié)合了三相 BLDC（無(wú)刷直流）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器和 STM32 Cortex-M0 微控制器 （MCU）。無(wú)論我們談?wù)摰氖?a target="_blank">智能工業(yè)、無(wú)人機(jī)還是3D 打印機(jī)，僅舉幾例，電機(jī)控制都是塑造我們這個(gè)十年的許多創(chuàng)新的核心。然而，工程師面臨的最重大挑戰(zhàn)之一是他們必須提高設(shè)計(jì)的智能性，同時(shí)縮小最終產(chǎn)品的尺寸。這通常意味著添加更多組件以增加計(jì)算吞吐量，同時(shí)使電路板更小且電氣效率更高。

因此，STSPIN32F0和STSPIN32F0A是真正獨(dú)特的解決方案，可以克服這種折衷，這要?dú)w功于它們的微型 7 mm x 7 mm 封裝，其中包含模擬和數(shù)字 IC。基本含義是智能現(xiàn)在更接近電機(jī)并且獨(dú)立于中央計(jì)算單元。因此，該設(shè)計(jì)更加靈活和自主，從而提高了性能和診斷能力，因?yàn)樗梢詫?shí)時(shí)響應(yīng)外部事件。

這兩種電機(jī)控制都非常引人注目，因?yàn)樗鼈儼ㄒ粋€(gè)具有 600 mA 電流吸收和源電流的三相柵極驅(qū)動(dòng)器、運(yùn)算放大器以及一個(gè)比較器。在數(shù)字方面，ST 使用其STM32F031C6，其運(yùn)行頻率為 48 MHz，并提供 4 KB 具有硬件奇偶校驗(yàn)功能的 SRAM 以及用于運(yùn)行應(yīng)用程序的 32 KB 閃存。該器件還具有 16 個(gè) GPIO 端口，并與當(dāng)今一些最搶手的接口兼容，例如 I2C、SPI 和 USART。所選擇的 STM32 MCU 也是獨(dú)一無(wú)二的，因?yàn)樗臏囟确秶浅挘ń橛?–40 oC 和 +125 oC 之間），確保 STSPIN32F0 可以在非常多的情況下工作。

為什么是單片機(jī)？

STSPIN32F0 的主要模塊

ARMv7 微控制器為設(shè)計(jì)增加了極大的靈活性。以前，工程師必須要么添加一個(gè)外部處理器，使他們的電路板更加復(fù)雜、昂貴和耗電，要么接受?chē)?yán)格的限制。由于 STSPIN32F0 和 STSPIN32F0A 的效率和尺寸，它們現(xiàn)在可以兩全其美。例如，MCU 的存在意味著工程師無(wú)需任何額外組件即可快速使用矢量控制（也稱為磁場(chǎng)定向控制或 FOC）。 這種方法顯著提高了精度，并且在使用無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)時(shí)是絕對(duì)必須的。簡(jiǎn)而言之，F(xiàn)OC 使用相位上的電流來(lái)創(chuàng)建由兩個(gè)坐標(biāo)系（α 軸和 β 軸）表示的定子參考系。然后，算法生成一個(gè)向量，該向量以高精度表示應(yīng)用于轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)。

STSPIN32F0 和 STSPIN32F0A 中的 STM32 MCU 在實(shí)現(xiàn)經(jīng)常被忽視但在智能行業(yè)中絕對(duì)重要的安全功能方面也至關(guān)重要。入侵機(jī)器人的應(yīng)用程序可能會(huì)嚴(yán)重?fù)p害工廠的運(yùn)營(yíng)，例如，不僅會(huì)造成財(cái)務(wù)損失，還會(huì)造成人身傷害。這就是為什么使用的 MCU為 Flash 存儲(chǔ)器提供讀寫(xiě)保護(hù)模式的原因。在生產(chǎn)過(guò)程中，ST 在系統(tǒng)內(nèi)存中對(duì)引導(dǎo)加載程序進(jìn)行編程，以防止其受到回火的影響。然后，工程師只需遵循組件的文檔，就可以選擇他們熟悉的保護(hù)級(jí)別 。

STSPIN32F0 和 STSPIN32F0A 怎么能如此通用？

STSPIN32F0 和 STSPIN32F0A 令人印象深刻的另一個(gè)原因是它們可以用于許多不同的設(shè)備。從廚房機(jī)器人到電動(dòng)工具，從便攜式真空吸塵器到干手器，或者從咖啡機(jī)到工業(yè)應(yīng)用，它們的模擬 IC 旨在適應(yīng)廣泛的用例。例如，STSPIN32F0 可接受低至 8 V 或高至 45 V 的工作電壓。另一方面，STSPIN32F0A 的工作電壓為 6.7 V，這 使其適用于電池供電的應(yīng)用，相當(dāng)于兩個(gè)LiPo（鋰聚合物）電池。此外，使用 DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換器時(shí)，兩者均可輸出 3.3 V，使用 LDO 線性穩(wěn)壓器時(shí)可輸出 12 V。

除了不同的工作電壓外，STSPIN32F0 和 STSPIN32F0A 的運(yùn)算放大器（op-amps）也有所不同。前者使用四個(gè)軌到軌運(yùn)算放大器和專用解碼邏輯來(lái)支持使用模擬霍爾效應(yīng)傳感器的電機(jī)。另一方面，知道自己的設(shè)計(jì)永遠(yuǎn)不需要模擬霍爾效應(yīng)傳感器的工程師可以傾向于 STSPIN32F0A。它的三個(gè)軌到軌運(yùn)算放大器將提供檢測(cè)分流電阻器電流所需的所有信號(hào)調(diào)理。

內(nèi)置許多安全功能

STSPIN32F0 和 STSPIN32F0A 還具有各種功能，旨在保護(hù)系統(tǒng)免受故障影響，無(wú)論應(yīng)用如何。例如，DC/DC 和 LDO 穩(wěn)壓器旁邊的熱傳感器在過(guò)熱時(shí)會(huì)觸發(fā)關(guān)機(jī)。同樣，模擬 IC 集成了一個(gè)防止過(guò)流的比較器，并且可以使用 MCU 設(shè)置電流閾值以使其適應(yīng)特定的用例。最后，所有電源都有欠壓鎖定 （UVLO） 保護(hù)。這在電池供電的設(shè)備中尤為重要，因?yàn)槲茨芸焖龠m應(yīng)源的低電平可能會(huì)損壞某些組件。

此外，STSPIN32F0A 還引入了可通過(guò)串行接口訪問(wèn)的片上引導(dǎo)加載程序。它的存在意味著工程師可以在現(xiàn)場(chǎng)下載或上傳他們的固件，以添加功能或即時(shí)糾正錯(cuò)誤，使任何補(bǔ)丁或升級(jí)部署變得輕而易舉。此外，如果團(tuán)隊(duì)最終設(shè)計(jì)連接設(shè)備，他們可以實(shí)施無(wú)線更新。因此，如果存在安全漏洞，維護(hù)人員可以更快地響應(yīng)漏洞。

ST 生態(tài)系統(tǒng)

為了幫助開(kāi)發(fā)人員快速啟動(dòng)他們的原型，ST 推出了STEVAL -SPIN3201，這是一款包含 STSPIN32F0 的評(píng)估板，以及包含 STSPIN32F0A的STEVAL- SPIN3202。兩者都使用STD140N6F7 MOSFET。與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，這是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楣こ處煵槐叵忍岢鲭娐钒澹缓箝_(kāi)始為其開(kāi)發(fā)，工程師可以立即處理他們的應(yīng)用程序，并使用更少的迭代更快地調(diào)整他們的最終設(shè)計(jì)，從而減少時(shí)間市場(chǎng)。此外，ST-LINK-V2 確保所有調(diào)試操作和固件上傳到電路板只需要使用提供的 USB 連接器將其鏈接到 PC。

ST 還以STSW-STM32100 SDK的形式提供其磁場(chǎng)定向控制算法的開(kāi)源版本，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。因此，STSPIN32F0 和 STSPIN32F0A 不僅可以輕松實(shí)現(xiàn)矢量控制，而且由于開(kāi)發(fā)人員可以訪問(wèn)實(shí)現(xiàn)本身，因此事情變得更加簡(jiǎn)單。STSPIN32F0 還有一個(gè)開(kāi)源固件示例，即STSW-SPIN3201，帶有預(yù)編譯的二進(jìn)制文件，以確保團(tuán)隊(duì)無(wú)需輸入任何代碼即可開(kāi)始測(cè)試電路板。該軟件包括一個(gè)圖形用戶界面，因此工程師只需鍵入其設(shè)備的參數(shù)并自動(dòng)生成頭文件。

審核編輯：郭婷