成功案例 | LPC865 MCU賦能，打造下一代臨床臺式離心機！

Drucker Diagnostics 總部位于美國賓夕法尼亞州中部，是臨床臺式離心機設計與制造領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)。Drucker Diagnostics離心機覆蓋全球，每天處理無(wú)數份患者采樣，完成常規檢查、血液存儲及緊急快速檢查（STAT測試）等工作。如果您曾抽血檢查，大概率是由Drucker Diagnostics離心機完成。

Drucker Diagnostics離心機常見(jiàn)于診所、醫院、急診室以及血液庫中。甚至我們最心愛(ài)的毛孩子也依靠Drucker Diagnostics離心機來(lái)保持健康幸福。

離心機的工作原理非常直觀(guān)：機器內部預設了專(zhuān)為標準采樣管設計的槽位，將樣本至于其中。離心機在指定時(shí)間內以指定速度旋轉樣本。在旋轉過(guò)程中，樣本里密度不同的成分在離心力的作用下呈現物理分離。例如，血漿或血清便可從紅細胞、白細胞和血小板中分離出來(lái)。

離心機的核心是電動(dòng)機和電力電子設備。不同型號的離心機配備不同尺寸和額定值的電機，以及相應規模的功率控制電子設備。在某些應用場(chǎng)景中，需要離心機的轉速 (RPM) 更快，并且離心機的轉子組件能夠承載更高的質(zhì)量。

離心機的設計非常多樣化，沒(méi)有通用解決方案。市場(chǎng)上通常存在多個(gè)型號，適用于不同的應用，這些應用對離心機的轉速和扭矩有特定的要求。一個(gè)典型的離心機可能會(huì )采用任何類(lèi)型的電動(dòng)機技術(shù)，從同步交流電機到無(wú)刷直流電機等，以適應不同的應用場(chǎng)景。

控制電子設備的任務(wù)是全面管理離心機的旋轉周期，包括速度控制、轉子不平衡和過(guò)度振動(dòng)的檢測、電氣故障處理、功能安全以及操作員界面。

從傳統的8位微控制器到基于專(zhuān)有架構的專(zhuān)用“一體式”IC，各種技術(shù)方案均有應用。離心機的設計初看簡(jiǎn)單，但實(shí)際上，為了滿(mǎn)足不同應用的靈活性和控制需求，系統設計面臨著(zhù)諸多挑戰。

工程師們必須在功能、成本和可靠性之間找到平衡點(diǎn)，進(jìn)行精細的離心機設計。在供應鏈緊張的情況下，使用特殊的IC可能會(huì )給產(chǎn)品設計的適應性帶來(lái)重大挑戰，影響到最終產(chǎn)品的持續供應。

LPC865 是 LPC800系列 的最新產(chǎn)品，功耗低，引腳數少，節省空間。LPC865內置兩個(gè)功能強大的柔性定時(shí)器模塊 (FTM)、一個(gè)高速模數轉換器 (ADC) 以及一個(gè)模擬比較器 (ACMP)，在電機控制應用領(lǐng)域表現出色。

電機控制外設經(jīng)過(guò)精心設計，能夠通過(guò)專(zhuān)用的外設互連系統協(xié)同工作，從而支持實(shí)現各種常見(jiàn)的電機控制方案。

LPC865電機控制用例多種多樣，從簡(jiǎn)單的無(wú)刷直流電機到永磁同步電機的磁場(chǎng)定向控制。LPC865是傳統8位和16位部件的替代產(chǎn)品，LQFP-64封裝，一萬(wàn)件起訂量，零售價(jià)1.07美元。在Drucker Diagnostics的應用中，成本相比當前的MCU降低了6倍。

遷移到現代化、低成本的32位Cortex-M0+ MCU的其他好處包括：

• 強大的CPU內核簡(jiǎn)化代碼開(kāi)發(fā)
• 為更復雜的電機控制算法提供了擴展的可能性
• 支持廣泛的CPU架構，保證了代碼的可移植性
• 工具鏈支持廣泛。開(kāi)發(fā)工作流程現在無(wú)需依賴(lài)專(zhuān)為非標準CPU架構設計的專(zhuān)用工具鏈。開(kāi)發(fā)人員可以組合使用GCC等開(kāi)源工具與 MCUXpresso 等免費開(kāi)發(fā)工具。
• 廣泛的調試工具，如恩智浦 MCU-Link 或 Segger J-link ，可以跨多種MCU產(chǎn)品使用

LPC865的開(kāi)關(guān)矩陣和簡(jiǎn)潔的IC封裝特性，在簡(jiǎn)化設計和降低BOM成本方面提供了顯著(zhù)的雙重優(yōu)勢。

SWM支持各種外設連接到任意引腳，極大地簡(jiǎn)化了印刷電路板的布局設計。這一特性在使用低成本PCB技術(shù)進(jìn)行成本敏感型應用開(kāi)發(fā)時(shí)尤其有益。

LPC865提供10mm ² LQFP64、7mm ² HVQFN48和5mm ² HVQFN32封裝。

在I/O需求較低的情況下，工程師可以選擇5mm ² 的HVQFN32小型封裝。而對于需要更多GPIO引腳來(lái)連接按鈕、LCD和電磁驅動(dòng)器等機電元件的設計，LQFP64封裝則提供了豐富的I/O資源。

作為向現代設計架構過(guò)渡的初步嘗試，Drucker Diagnostics開(kāi)展了一個(gè)試點(diǎn)項目，專(zhuān)注于評估LPC865的性能。

該試點(diǎn)項目旨在用無(wú)刷直流電機 (BLDC) 替換傳統的同步交流電機和8位MCU。此外，該設計還采用了模塊化的方法，保障成本效益。該試點(diǎn)設計使用了恩智浦LPC865 MCU、Nexperia BUK9Y43-60E MOSFETS 于三相橋，以及On Semiconductor的 NCD83591MNTXG柵極驅動(dòng)器 。

該試點(diǎn)項目的一個(gè)特點(diǎn)是拆分電力電子功能，相比電力電子架構具有更高的靈活性。LPC865和柵極驅動(dòng)器具有通用特性，賦予了控制拓撲結構出色的敏捷性。在保持相同架構的前提下，能夠從基于查找表的BLDC換向方案平滑過(guò)渡到無(wú)傳感器控制方法。

除了電機控制功能外，LPC865還具有豐富的IO接口，可實(shí)現：

• 連接分立按鈕和LED

• 為用戶(hù)界面連接到并行和串行LCD

• I ² C/I3C與加速度傳感器接口，用于檢測轉子不平衡

• 使用UART進(jìn)行外部命令和控制

提供更多的IO意味著(zhù)可以實(shí)現更低的BOM成本，因為不再需要傳統8位設計中常見(jiàn)的外部I/O擴展器。

Drucker Diagnostics的眾多產(chǎn)品線(xiàn)涵蓋了廣泛的用戶(hù)界面和I/O需求。部分產(chǎn)品具有用于報告操作狀態(tài)的LCD，而其他產(chǎn)品只有簡(jiǎn)單的LED/按鈕用戶(hù)界面。此外，還需要在產(chǎn)品中控制輔助功能，如安全機械用的螺線(xiàn)管。由于LPC865提供了適量的I/O能力，能夠在單個(gè)芯片上集成所有必要功能，有效降低了BOM成本。

LPC865為眾多基礎電機控制應用提供了理想的解決方案。

它不僅能以低成本成為簡(jiǎn)單無(wú)刷直流電機 (BLDC) 的優(yōu)選，還擁有足夠的處理能力，適用于那些需要進(jìn)行永磁同步電機 (PMSM) 磁場(chǎng)定向控制 (FOC) 的更高級應用。

下面列出了多個(gè)詳細的應用筆記，指導您如何利用LPC865構建高級電機控制拓撲結構：

• 基于LPC86x的永磁同步電動(dòng)機單電流采樣控制解決方案， 了解詳情>>

• 基于LPC86x的無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機控制， 了解詳情>>

LPC865非常適合那些對I/O需求低的電機控制應用，例如：

• 通過(guò)按鈕進(jìn)行的人工用戶(hù)控制輸入/通過(guò)按鈕實(shí)現的人機界面 (HMI) 操作

• 通過(guò)I3C/I ² C的電機控制/IO橋協(xié)處理器

• 作為一個(gè)節點(diǎn)，加入到一個(gè)分布式工業(yè)級RS485網(wǎng)絡(luò )中，并使用Profinet、Modbus或BACNET等標準化協(xié)議進(jìn)行通信

• 通過(guò)簡(jiǎn)單的UART接口實(shí)現的點(diǎn)對點(diǎn)連接，如RS-232

一些電機控制選項可能需要額外的閃存空間、處理能力或USB等連接選項。恩智浦新發(fā)布的 MCX A系列 是一個(gè)保持簡(jiǎn)單性和低BOM成本的解決方案。MCX A153將閃存和RAM提升了一倍，同時(shí)配備了USB全速接口和96MHz Cortex-M33內核。它具有一致的電機控制功能和封裝選項，是尋求額外功能的用戶(hù)的理想選擇。

Drucker Diagnostics與恩智浦及其LPC865在電機控制領(lǐng)域的合作正處于起步階段。2024年，雙方合作將持續推進(jìn)，用現代化的控制架構，提升離心機的性能，同時(shí)確保成本效益。