Microchip Digital Power Development Tools Training: 本仓库为《数字电源开发工具》培训配套参考文档，主要用于指导Buck电路数字电源的软件工程创建，及相关开发、调试工具的使用，使大家对数字电源开发有个框架认识。

# Microchip数字电源开发工具介绍

Chao Wang

6/5/2022

> 本文档为《数字电源开发工具》培训配套参考文档，主要用于指导Buck电路数字电源的软件工程创建，及相关开发、调试工具的使用，使大家对数字电源开发有个框架认识。

## 1. 简介

&emsp;&emsp;基于dsPIC® 数字信号控制器 (DSC) 开发数字电源时所涉及的主要开发工具如下。

&emsp;&emsp;1）MPLAB® PowerSmart™ 
 &emsp;&emsp;该开发套件是一个软件套件，由多个可选组件组成，用于系统定义、系统建模、代码生成、控制系统微调和实时调试。

&emsp;&emsp;2）Power Board Visualizer 
 &emsp;&emsp;可配置的串口GUI，该GUI可与 dsPIC33 数字信号控制器 (DSC)实时交互数据，并将数据在GUI上可视化显示。

&emsp;&emsp;3）X2Cscope 
&emsp;&emsp; 一种虚拟示波器工具，以 MPLAB ® X IDE 插件的形式存在，可在程序运行时实时查看、绘制甚至修改嵌入式程序中的任何全局变量，而无需停止 CPU。

&emsp;&emsp;熟练、合理使用这些工具将加速您的电源设计过程。本文的目的主要是基于MPLAB® PowerSmart™ 快速构建一个电压模式控制的Buck电源，然后为其配套Power Board Visualizer上位机，并基于X2Cscope调试。

## 2. 开发环境

### 2.1 软件开发环境

&emsp;&emsp;相关软件开发版本情况说明如下。

- [Microchip MPLAB® xIDE version 6.00 or newer](https://www.microchip.com/mplabx)
- [Microchip MPLAB® XC16 C compiler version 2.00 or newer](https://www.microchip.com/en-us/development-tools-tools-and-software/mplab-xc-compilers)
- [Microchip dsPIC33CK-MP Series Device Support version 1.8.224 or newer](https://packs.download.microchip.com/)
- [Microchip MPLAB® Code Configurator (MCC) version 5.1.9 or newer](https://www.microchip.com/en-us/development-tools-tools-and-software/embedded-software-center/mplab-code-configurator)
- [MCC Library X2C-Scope 1.3.3 or newer](https://www.microchip.com/en-us/development-tools-tools-and-software/embedded-software-center/mplab-code-configurator)
- [MPLAB® PowerSmart™ Development Suite 1/31/2022 or newer](https://www.microchip.com/en-us/solutions/power-management-and-conversion/intelligent-power/mplab-powersmart-development-suite)

### 2.2 硬件开发环境

&emsp;&emsp;该开发基于如下硬件平台。

- [DSPIC33C DIGITAL POWER STARTER KIT (Part Number: DM330017-3)](https://www.microchip.com/en-us/development-tool/DM330017-3)

![img](./images/3094-190117-mcu16-dm330017-3.jpg)

- [MCP2200 BREAKOUT MODULE (Part Number: ADM00393)](https://www.microchip.com/en-us/development-tool/DM330017-3)

### 2.3 软硬件接口表

&emsp;&emsp;软硬件接口表如下：

| DPSK Ⅲ 标号            | MCP2200板标号    | dsPIC引脚名称 | 功能                                |
| ---------------------- | ---------------- | ------------- | ----------------------------------- |
| RB14_PWM1H_BUCK        |                  | RB14          | Buck变换器上管驱动                  |
| RB15_PWM1L_BUCK        |                  | RB15          | Buck变换器下管驱动                  |
| RC1_OA3-_AN13_BUCK_VFB |                  | RC1           | Buck变换器输出电压反馈 (Gain ≈ 0.5) |
| RC0_AN12_VIN_MEAS      |                  | RC0           | 输入电压(Gain ≈ 0.125313)           |
| RA0_AN0                |                  | RA0           | Buck变换器电感电流反馈 (Gain ≈ 1)   |
| RC12_RP60_UART1_TX     |                  | RC12          | USB/串口通信发送管脚                |
| RC13_RP61_UART1_RX     |                  | RC13          | USB/串口通信接收管脚                |
| DSP_GPIO3              | Serial排针 6管脚 | RB11          | TTL/串口通信发送管脚                |
| DSP_GPIO4              | Serial排针 1管脚 | RB12          | TTL/串口通信接收管脚                |
| DSP_GPIO2              |                  | RB6           | LD5,用户可编程LED                   |

## 3. 软件工程创建

### 3.1 工程创建

1. 打开MPLAB® xIDE，选择"File->New Project"。

2. 选择"Standalone Project"，然后点击“Next“。

3. 器件型号选择dsPIC33CK256MP505，然后点击“Next“。

4. XC16编译器选择当前最新的v2.00版本，然后点击“Next“。

5. 项目名称输入dpsk3_buck_voltage_mode，编码格式可选择UTF-8，然后点击“Finish“。

6. 在项目属性中核实下Packs，这里确定已选择最新的1.8.224，然后点击“Cancel”。

### 3.2 MCC设置

1. 打开MCC。

2. 弹出MCC Content Manager Wizard界面里点击“Select MCC Classic”。

3. 接着弹出的界面里点击“Finish”。

4. 点击上步的“Finish”后，等待一会将弹出如下MCC配置界面。

5. 在“System Module”界面下设置系统时钟。系统时钟输入选择内部的8MHz FRC振荡器，使能PLL以获得100MHz指令周期时钟$\small F_{cy}$；辅助时钟同样为内部的8MHz FRC振荡器作为时钟输入，经PLL后获得500MHz的$\small AF_{PLLO}$。

6. 在器件资源列表里找到PWM，如下图所示，然后单击红框中的“+”。

7. 经如上步骤后可以打开PWM配置界面，时钟源选择$\small AF_{PLLO}$，使能高精度，PWM模式选择默认独立边沿模式，输出模式选择默认互补模式，PWM频率设置为所需的500kHz。

8. 接着配置ADC Trigger，ADC Trigger1设置为Trigger A Compare, ADC Trigger2设置为Trigger B Compare。上升沿死区20ns，下降沿死区60ns。缓冲寄存器更新模式选择手动更新，在下一周期开始时刻更新。

9. 同理双击加号，添加ADC。

10. 在Easy Setup界面进行ADC设置，先设置时钟源，选择$\small \frac{F_{PLLVCO}}{4}$。注意此时有个14.3ns的告警，在下一步Registers界面进一步设置后该告警将消失。

11. 在registers界面下进行分频比设置，分频比选择3分频，这样会将ADC core的时钟设置为400M/3/2Hz。设置完后点击Easy setup，回到Easy setup界面对采样通道设置。

12. 在Easy setup界面设置采样通道，AN0为电感电流采样通道，触发信号选择PWM1 Trigger2；AN12为输入电压采样，触发信号为PWM1 Trigger1；AN13为输出电压采样，触发信号为PWM1 Trigger1，并且开启该通道ADC转换完成中断。

13. AN12和AN13使用共享ADC core，因此可在两个通道转换之间适当添加采样时间，这里设置为6 $\small T_{ADCORE}$。

14. 同样添加Timer外设，对Timer设置如下。

15. 添加UART1用于串口和上位机通讯，设置如下。

16. 同样添加UART2，用于软件示波器，设置如下。

17. 相关pin脚根据软硬件接口资源分配按如下设置。

18. 中断的设置，全局中断禁止，后续在软件中开启。AN13中断优先级提高到较高优先级，这里选择优先级6，并且开启自动上下文切换，这里选择CTXT1。

19. Timer的中断仍维持低优先级，这个没有更改，是默认的。

20. 到目前为止，所有需MCC配置的部分全部完成，点击“Generate”生成代码，“output”窗口有生成过程提示，代码生成结束可点击MCC图标关闭MCC。

### 3.3 PowerSmart™设置

1. 在用PowerSmart™进行数字控制器开发之前，我们可以对软件工程目录添加如下空文件夹，power_control/config文件夹用于存放PowerSmart™的配置文件，power_control/drivers文件夹用于存放PowerSmart™生成的代码。并将项目属性中的C 和ASM include dirs添加app\power_control\drivers，这样对PowerSmart™生成代码的头文件包含有所帮助。

2. 打开PowerSmart™软件，选择MPLAB® X Project，这里选择刚刚建立的工程dpsk3_buck_voltage_mode.X\nbproject目录下的project文件。然后C 和Assembler include Path设置为app\power_control\drivers。

3. 本次我们实现buck的电压环模式，所以单击下图的VMC模式，然后点击向上箭头即可添加控制方法。

4. 后续我们可以基于PowerSmart™进行环路分析，所以这里先按如下步骤导入被控对象的bode图数据。

5. 选择被控对象bode图数据，然后倒入数据。

6. 点击如下红框电压环路控制器，打开DCLD（Digital Control Library Designer）。

7. 控制器的名字根据习惯命名，这里取为v_loop，接着对反馈环节进行设置，并标幺化输入增益。同时根据上面导入的被控对象特性设置控制器零极点参数。

8. 回到PowerSmart™ Bode图界面，可以看到在如上控制器参数下相位裕度有60°，直观评估在该控制器设计下系统是可以稳定工作的。

9. 回到DCLD配置界面，软件上下文管理需要关闭，因为AN13的采样中断开启了自动上下文处理。同时添加ADC Trigger B的自动加载，为了AN0采集电感电流的中点。

10. 代码生成并导入到指定目录，如下Edit Configuration用于设置代码生成目录。

11. DCLD配置保存。

12. PowerSmart™配置保存。

13. PowerSmart™的配置文件可以添加到如下位置，这样下次可以用右键Open in System打开。

### 3.4 软件编码

1. 将PowerSmart™生成的代码、以及准备好的gui代码、X2CScope的代码和库添加到工程中。

2. 用事先准备的main.c替换原有MCC生成的main.c，之后对工程进行编译，可成功编译。

## 4. 实验验证

### 4.1 LED闪烁

&emsp;&emsp;USB连接dpsk3 demo板，点击下载按钮并选择板上编程器，即可完成程序下载，程序下载成功后LD5会1Hz频率闪烁。

### 4.2 GUI上位机通讯

&emsp;&emsp;dpsk3接9V电源后buck会自动开机，输出电压3.3V，此时打开MICROCHIP POWER BOARD VISUALIZER, 打开预先配置的如下目录下XML文件以加载界面。

&emsp;&emsp;界面打开后COM口根据实际情况选择，这里选择COM4，波特率115200。设置好COM口后点击Enable开始通讯。相关通信界面如下图，用户可以自己尝试操作。同时界面也是用户可以自定义配置的，详见帮助文档参考资料[2]。

#### 4.3 X2CScope软件示波器

&emsp;&emsp;为了运行X2CScope，首先需要修改项目属性，勾选加载symbols选项，然后点击OK。之后再次编译下载工程。

&emsp;&emsp;打开X2CScope插件。

&emsp;&emsp;选择当前工程，选择串口，设置波特率460800，然后点击红框建立连接。

&emsp;&emsp;之后设置如下数据采样时间和窗口时间。

&emsp;&emsp;接下来就可以打开Watch View或Scope View进行变量观察，关于X2CScope的具体操作和相关知识详见参考资料[3]，示意如下：

&emsp;&emsp;上图通过软件示波器可以看到输出电压采样（红色线）有毛刺，可修改为如下控制器，通过降低带宽使系统更稳定，PowerSmart™重新生成控制器代码并烧录器件后输出电压毛刺将消失。

## 3. 参考资料

[1] [MPLAB® PowerSmart™ Development Suite Quick Start Guide](https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/UG20220108_powersmart_qsg.pdf)

[2] [MPLAB® PowerSmart™ Digital Control Library Designer User's Guide](https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/UG20220105A_psdcld_user%27s_guide.pdf)

[3] [Power Board Visualizer User's Guide](https://ww1.microchip.com/downloads/aemDocuments/documents/MCU16/ProductDocuments/UserGuides/Power-Board-Visualizer-User-Guide-50003115.pdf)

[4] [Using X2CScope to Simplify Motor Control Development and Debugging](https://mu.microchip.com/using-x2cscope-to-simply-motor-control-development-and-debugging)

[5] [MCP2200 Breakout Module User's Guide](https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/52064A.pdf)

[6] [dsPIC33C Digital Power Starter Kit User's Guide](https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/dsPIC33C-Digital-Power-Starter-Kit-Users-Guide-DS50002867B.pdf)

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Chao/Microchip Digital Power Development Tools Training

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