ADI TMC4671是一款完全集成的伺服控制器，可為BLDC/PMSM和兩相步進(jìn)電機(jī)以及直流電機(jī)和音圈提供磁場(chǎng)定向控制（FOC）。所有控制功能都在硬件中實(shí)現(xiàn)。TMC4671可以為直流無刷電機(jī)、永磁同步電機(jī)、2相步進(jìn)電機(jī)、直流有刷電機(jī)和音圈電機(jī)提供磁場(chǎng)定向控制。

此外TMC4671還集成 ADC、位置傳感器接口、位置插值器，為廣泛的伺服應(yīng)用提供功能齊全的伺服控制器。

TMC4671硬件集成的電機(jī)控制算法及三環(huán)控制算法使得開發(fā)電機(jī)不需要編寫一行代碼即可完成。

而且TMC4671具有高達(dá)100kHz的開關(guān)頻率和控制器更新速率，并具有濾波和插值功能，如數(shù)字霍爾信號(hào)插值，以實(shí)現(xiàn)更順暢的操作。該集成電路可以與各類編碼器協(xié)同工作：從A/B/Z增量式簡(jiǎn)單的數(shù)字或模擬霍爾傳感器到高分辨率正弦/余弦模擬編碼器。傳感器可靈活地映射為位置和速度控制回路的輸入。憑借其delta-sigma電流檢測(cè)ADC，TMC4671非常適合用于隔離式delta-sigma前端。

TMC4671性能描述：

○ 帶有磁場(chǎng)矢量控制（FOC）的伺服控制芯片

轉(zhuǎn)矩控制模式

速度控制模式

位置控制模式

電流控制刷新頻率和最大的PWM頻率為100KHz （速度和位置控制的刷新頻率可以根據(jù)當(dāng)前電流刷新頻率的倍數(shù)配置）

○ 控制功能/ PI控制器

中期結(jié)果的輸入和輸出可編程斬波

以積分電路結(jié)尾保護(hù)所有控制

可編程的電壓循環(huán)向?qū)拗破?p>目標(biāo)值的前饋補(bǔ)償和前饋摩擦補(bǔ)償

高級(jí)前饋控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)最佳軌跡跟蹤性能

擴(kuò)展的中斷請(qǐng)求掩蔽選項(xiàng)和限制器狀態(tài)寄存器

具有霍爾傳感器或/和最小移動(dòng)的高級(jí)編碼器初始化算法

○ 運(yùn)動(dòng)控制和坡形控制

控制結(jié)構(gòu)的梯形速度斜坡

脈沖/方向接口，方便定位

○ 支持的電機(jī)種類

直流無刷電機(jī)

永磁同步電機(jī)

2相步進(jìn)電機(jī)

直流有刷電機(jī)

音圈電機(jī)

○ 位置反饋

開環(huán)位置發(fā)生器（可編程的PRM，RPM/S）用于初始化配置

數(shù)字增量編碼器（ABN，ABZ 高達(dá)5MHz）

第二路數(shù)字量編碼器輸入（雙反饋）

數(shù)字霍爾輸入接口帶有臨時(shí)位置插補(bǔ)功能（H1， H2， H3 resp. HU， HV ， HW）

模擬量編碼器/模擬量霍爾輸入接口（SinCos （0?°， 90?°） or 0?°， 120?°， 240?°）

多圈位置計(jì)數(shù)器（32位）

目標(biāo)位置、速度和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩濾波（雙階）

○ PWM包括SVPWM

可編程的PWM頻率范圍從20KHz100KHzn

可編程的BBM（BrakeBeforeMake）時(shí)間（偏低，偏高）0 ns 。 。 。 2.5_s在10ns步驟內(nèi)和柵極驅(qū)動(dòng)輸入信號(hào)

PWM自動(dòng)調(diào)整，用于運(yùn)動(dòng)期間改變PWM頻率

○ SPI通訊接口

40位數(shù)據(jù)長度（1個(gè)ReadWrite位+7個(gè)地址位+32個(gè)數(shù)據(jù)位）

立即SPI讀取響應(yīng)（通過單個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行寄存器讀取訪問）

SPI時(shí)鐘頻率高達(dá)1 MHz（未來版本為8 MHz）

○ TRINAMIC實(shí)時(shí)監(jiān)控接口（SPI Master）

通過TRINAMIC的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)高頻采樣

需要PCB上的單個(gè)10針高密度連接器

高級(jí)控制器通過頻率響應(yīng)識(shí)別和高級(jí)自動(dòng)調(diào)諧支持使用TRINAMIC IDE調(diào)整選項(xiàng)

○ UART調(diào)試接口

3引腳（GND， RxD， TxD） 3.3V UART接口（1N8; 9600 （default）， 115200， 921600， or 3M bps）

簡(jiǎn)易寄存器訪問并行于嵌入式用戶應(yīng)用程序接口（SPI）

○ 供電電壓：5V和3.3V;1.8V的VCC_CORE由內(nèi)部產(chǎn)生

○ IO電壓：3.3V用于所有的數(shù)字（可由VCCIO選擇提供）；5V插分模擬量輸入范圍，3V為單端輸入范圍

○ 時(shí)鐘頻率：25MHz（需要外部振蕩器）

○ 封裝：QFN76

TMC4671驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)之tmc4671配置代碼與TMC4671模擬編碼器設(shè)置

下面我們分享一個(gè)Excelpoint世健邀請(qǐng)的21IC資深工程師TopGun評(píng)測(cè)ADI Trinamic的無刷電機(jī)控制開發(fā)板案例。

通過Motor Control連接板實(shí)現(xiàn)套件的級(jí)聯(lián)：

工程師本人手上有個(gè)帶霍爾傳感器的無刷電機(jī)，剛好可以用來測(cè)試這個(gè)TMC4671套件。接好電源、電機(jī)三相線及霍爾接線，再用type-c線連接套件和電腦。

打開TMCL-IDE后，可以看到已經(jīng)可以識(shí)別到Landungsbruecke主板，固件版本也能正常獲取為V3.08。

在右邊的配置面板可以自己選擇板子的型號(hào)，也可以點(diǎn)擊“Scan”自動(dòng)掃描板子。

選擇TMC4671-EVAL板子配置，點(diǎn)擊“Wizard Pool”按鈕進(jìn)行配置向?qū)б徊讲綄?duì)TMC4671進(jìn)行配置。

第一步，配置一下套件的功能，因?yàn)闇y(cè)試電機(jī)沒有ABZ編碼器，所以這幾項(xiàng)得取消了。

接下來需要進(jìn)行通用配置，此套件功率板用的是TMC6200-EVAL，電機(jī)類型選擇3-Three phase BLDC，電機(jī)的極對(duì)數(shù)選擇8，其他配置默認(rèn)即可。

繼續(xù)配置開環(huán)參數(shù)，點(diǎn)擊“Set defaults”按鈕，拖動(dòng)UD_EXT的滑動(dòng)條，然后點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕，電機(jī)就會(huì)開始慢速轉(zhuǎn)動(dòng)起來，左右兩邊的箭頭為控制轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，快進(jìn)鍵為電機(jī)點(diǎn)動(dòng)。

再下一個(gè)頁面是對(duì)ADC進(jìn)行配置。此頁面只要能正常看到有ADC正弦波形即可，主要看ADC采集是否正常。

接下來對(duì)ADC進(jìn)行偏移校準(zhǔn)，兩路ADC軟件都通過實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)自動(dòng)算好偏移值了，直接點(diǎn)一下“Set”按鈕就行了。

將頁面往下拉，需要確保三相的電壓和ADC采集的數(shù)據(jù)曲線重合，否則需要調(diào)整0x0A寄存器里面ADC的選擇配置，直到曲線基本重合。

接下來對(duì)霍爾傳感器進(jìn)行配置，根據(jù)向?qū)б尰魻栃盘?hào)與電信號(hào)交叉，因?yàn)闇y(cè)試電子自帶霍爾，所以不需要進(jìn)行額外的校準(zhǔn)，已經(jīng)可以直接使用了。

配置好霍爾傳感器進(jìn)入測(cè)試步驟，首先點(diǎn)一下“Set defaults and start”按鈕，輸入目標(biāo)電流點(diǎn)擊運(yùn)行，觀測(cè)電機(jī)到電機(jī)能正常跑起來了，說明霍爾接口配置正常。到這里，配置向?qū)Щ就瓿?，已?jīng)對(duì)套件完成初始化配置了。

電機(jī)性能測(cè)試

初始化向?qū)Ш?，就可以?duì)套件進(jìn)一步調(diào)試了。首先，打開“Selectors”對(duì)電角度輸入源，速度反饋源位置反饋源進(jìn)行配置，這里都設(shè)為霍爾傳感器作為反饋。

PID參數(shù)調(diào)節(jié)是電機(jī)控制的痛點(diǎn)，TMC上位機(jī)這邊提供了參數(shù)擬定的工具，選擇“Torque/Flux”，點(diǎn)擊“Start”開始后，就會(huì)自動(dòng)對(duì)電機(jī)電流環(huán)進(jìn)行參數(shù)擬定，擬定后的參數(shù)會(huì)自動(dòng)同步到“PI control”中。

速度環(huán)的PI參數(shù)擬定也是同樣的邏輯。設(shè)定好目標(biāo)速度后，選擇“Velecity”，點(diǎn)擊開始后，即可對(duì)速度環(huán)進(jìn)行參數(shù)擬定。

PID參數(shù)擬定完畢，我們就可以來測(cè)測(cè)實(shí)際的運(yùn)行性能了。首先，對(duì)電流環(huán)進(jìn)行測(cè)試，設(shè)定目標(biāo)電流后，利用左右箭頭兩種按鈕切換電機(jī)運(yùn)行方向，通過換向來驗(yàn)證階躍響應(yīng)，也可自行微調(diào)PI參數(shù)達(dá)到更理想的運(yùn)行效果。

接著，來測(cè)試速度環(huán)的性能。切換到速度模式，跟測(cè)試電流環(huán)一樣，手動(dòng)控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)換向測(cè)試響應(yīng)和跟隨性，可以看到目標(biāo)速度和實(shí)際反饋速度基本重合，說明跟隨性很不錯(cuò)。

接著測(cè)試位置環(huán)，切換到位置環(huán)模式，設(shè)置目標(biāo)位置，電機(jī)能很快運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置并收斂在目標(biāo)位置。測(cè)試電機(jī)位置環(huán)，通過人為擰動(dòng)電機(jī)，電機(jī)會(huì)很快就收斂到目標(biāo)位置。不過，要想進(jìn)一步提升位置環(huán)的性能，單純用霍爾傳感器是不夠的，一般位置環(huán)的應(yīng)用一般需要增量編碼器或者絕對(duì)式編碼器。