电机、电源项目降本首选，8元买到的高性能MCU性能有多好？

发布时间：2024-05-10 阅读量：308 来源: 我爱方案网作者: bebop

当前，工业自动化、下一代汽车、智能分析和万物令互联的发展对MCU产品的性能、实时控制能力以及通讯的多样性和高速实时性要求越来越高。例如具体的工业应用中：新兴应用需要更高等级的系统集成和边缘智能；工业和汽车系统要依赖精准的实时控制和决策；分布式通信和自动化趋势需要更高的网络带宽，在此背景下，工程师通常会选择更高性能的MCU进行项目开发工作。

与传统MCU相比，高性能MCU具有更高的处理速度、更大的存储容量和更强的计算能力。它们通常采用更快的处理器核心，以及更大的内存和存储器，以满足更复杂的应用需求。此外，高性能MCU还通常具备更多的外设接口，如通信接口（如UART、SPI、I2C）、模拟输入输出接口（如ADC、DAC）和定时器等，以支持更丰富的功能和更复杂的应用场景。

高性能MCU的应用范围非常广泛。它们可以用于工业自动化控制系统，实现精确的数据采集和实时控制；在智能家居领域，高性能MCU可以支持多种传感器的数据处理和智能设备的联网控制；在医疗设备中，高性能MCU可以实现更高精度的信号处理和数据分析；在汽车电子领域，高性能MCU可以支持复杂的车载娱乐系统和车辆控制系统。

特别是工业自动化的实时控制场景中，由于系统对时间的要求很严格，因此在进行实时控制时，系统需具有原始数据处理能力，并能在要求的精确时间内控制信号。对模拟信号进行精确控制非常关键，该过程可利用改进的控制算法来提高电机驱动器的可靠性和电动汽车的效率。这些处理需求已经超出了传统 MCU 的功能范畴，该场景就需要用到更高性能的MCU。

为应对高算力、高通讯速率以及高可靠性要求的系统设计挑战，先楫半导体推出了CPU主频更高，内存更多，外设也较为丰富的高性能MCU产品，并在成本上做到了极大优化，先楫新推出的HPM5301系列在价格方面仅需7.99元，成功填补了国产MCU在电机和电源类应用中的空白，实现高端MCU的创新性替代。

具体参数上，先楫HPM5301秉承了先楫半导体一贯的高性能特性及架构，在性能上做到了极大的突破。

1.CPU的澎湃算力

主频高达360 MHz，支持硬件单精度/双精度浮点数单元，支持DSP指令。

2.匹配CPU的高速存储

16KB一级指令缓存(L1 I-Cache)和16KB一级数据缓存(L1 D-Cache)，以及128KB指令本地存储器(ILM)和128KB数据本地存储器(DLM)，避免了外部低速存储器带来的性能损失。

3.系统总线使数据传输不成为瓶颈

64位高速系统总线，支持多主多从并发访问，支持通过总线将CPU的本地存储器作为连续的大内存访问。

4.优秀的连接性能

USB OTG内置HS PHY，带宽可达480Mbps，5个UART，4个SPI和4个I2C。

5.出色的模拟特性

高精度16位ADC，转换速率达2MSPS，精度设置为12位时，转换速率达4MSPS，兼顾高精度与高转换率。

另外，先楫还推出了配套HPM5301使用的开发板HPM5301EVKLite，HPM5301EVKLite 是基于先楫的入门级高性能MCU HPM5301 的开发板。HPM5301EVKLite 提供了一个USB Type-C 接口实现高速的 USB-OTG 功能，板载的按键和 LED 方便用户交互，同时提供了一个适配了树莓派的扩展接口和一个标准的 JTAG 调试接口。

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另附高性能MCU更多实战方案案例：

低压伺服驱动器方案

系统框图

方案特点

采用先楫高性能、高实时性的微控制器HPM6300系列，主频高达 648MHz，Coremark 高达 3390，提高了伺服的响应特性。
利用HPM6300的 3个独立 16位ADC，可同时采集电机电流和母线电压进行快速采样，提高伺服的控制精度。
支持大容量本地存储，128KB ILM (0等待指令SRAM) 和128KB DLM (0等待数据SRAM)，提高代码或数据的访问速度，有助于实现快速电流环。
内置16位 FMEC接口，满足与外围FPGA或 EtherCAT从站芯片进行高效通信。
完整开源的的位置、速度、电流三环FOC源码，其中，电流环延时仅1.06us，有效缩短客户的产品开发时间，为 ”单芯片” 伺服提供可能性。
内置 CAN接口，支持 CANFD通讯。
内置 FFT/FIR协处理器，实现快速的FFT计算，对于电流、电压信号进行实时分析，助力电机预维护功能。

先楫HPM6700四轴电机驱动方案

HPM6750系列芯片支持4套电机控制单元，每个单元包括1个PWM定时器，一个正交编码器接口，一个霍尔传感器接口和1个互联管理接口，配合片上提供的数模转换ADC模块和ACMP等外设，可以实现同时控制4个电机。包含1个同步定时器，可以用于4套电机控制单元间进行同步，实现HMI与四轴伺服运动控制，无需总线通信反馈与交互控制，片内完成所有数据采集、处理和显示，对伺服控制和四电机的同步控制效率大大提高。

方案特点：

816MHz 主频控制器，性能强悍
多伺服电机控制，高精度位置控制
集传感器数据采集、显示、交互、多电机控制于一体
相比模块化的伺服控制系统，方案性能和效率大大提高

应用场景：多轴协同场景，如

机器人：工业机器人、SCARA机器人
机床加工、伺服方案

磁编码器方案

主控芯片：先楫HPM5300系列

方案特点：

分辨率：17b
支持最高转速：6000RPM
支持增益偏差校正
支持温漂补偿
支持掉电多圈保存
支持Offset校正

芯片优势：

高算力：480MHz
2 X 16b ADC
输出协议丰富
片内可编程运放，支持差分输入
低功耗：1.5uA
小封装：QFN 48

应用场景：伺服驱动器、机器人等

旋变硬/软解码方案

主控芯片：先楫HPM5300和和HPM6000系列

方案特点：

硬解码：RDC硬件支持快速的旋变解码
软解码：成熟方案，使用HPM5000~6000
16b ADC带来更好的解码性能
高算力、高主频带来解码低延时
丰富的编码器接口和协议，可以统一编码器平台，如磁编、光编和旋变等

芯片优势：HPM5300系列可结合QEO和SEI，可以支持多种方式输出，如Tamagawa、EnData、正交脉冲等。

应用场景：工况或环境恶劣的电机驱动，如

新能源车：电机驱动
CNC机床、磨床等

工业机械臂方案

伺服电机的运动控制需要准确的位置反馈信息。随着高精度位置传感器技术的发展，如光电编码器、磁性编码器等，能够实时获取伺服电机的位置信息，并通过反馈控制算法进行精确的位置调整。这些技术的创新使得伺服电机的定位精度进一步提升，满足了机械臂在高精度操作中的需求。

先楫HPM6280芯片具备出色响应速度快、定位精度高等特点，能够实现高速、高精度的运动控制。HPM6280高性能MCU目前已应用于电动平行夹爪方案，方案内置FOC算法+H桥驱动芯片，以50K电流环频率实现4轴步进电机开环控制，步进电机速度>1200RPM，在工业机械臂场景，HPM628 MCU能够迅速准确地完成各种复杂任务，提高工作效率和生产质量。

方案优势：

高性能MCU，高达600MHz主频。

控制<100PS，高精度PWM，有效优化GaN驱动音圈电机动态特性

RISC-V架构自研芯片，可满足国产自主可控要求，供应链稳定，超高性价比。

高算力，大 SRAM，大 Flash，多路CAN FD，16bitADC(24路)

应用场景：

搬运机械臂、装配机械臂、焊接机械臂等场景。

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