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2018/03/30

以下是使用MPLAB Starter Kit for Digital Power这块板子的开发流程，尽量把每个环节说的详细，希望能帮助同样有需要的朋友们，相信经过一步步学习，对于电源管理控制器了解更深入。

第一步拿到板子，欣赏完就是要来好好了解他拉，我们先去下载Microchip 所提供之使用者说明书，网址如下：

http://www.microchip.com/DevelopmentTools/ProductDetails.aspx?PartNO=DM330017-2&utm_source=&utm_medium=MicroSolutions&utm_term=&utm_content=DevTools&utm_campaign=Digital+Power+Starter+Kit

下载两个档案分别为Design Package跟 User’s Guide ，都是接下来开发不可缺少的重要数据，一切都要慢慢咀嚼文字来了解，相信完成这篇日志能帮助想玩这块板子的朋友们，我们继续下去!

开发软件总共需要下载开发用IDE及C语言编译程序。

MPLAB® IDE  ：www.microchip.com/MPLAB

C Compilers　：www.microchip.com/compilers

选择IDE时，有分为MPLAB IDE以及MPLAB IDE X 两种，那么该挑哪一个使用呢? 别紧张，两个都是可以使用的，两者的差别在于MPLAB IDE是传统的版本，比较稳定，接口样式旧 ; MPLAB IDE X是较新出的实验版本，接口设计上较为新颖，支持多平台，但是可能会有少许不稳定的状况，可以依使用者习惯自由选择! 接下来会采用MPLAB X IDE!

*注意 安装软件路径上不可有中文!!

C Compiler使用MPLAB XC16 compiler version v1.23以上版本。

安装流程如下:

http://microchipdeveloper.com/xc16:installation

 2018/04/2

使用MPLAB IDE X开启Design Package中的项目，可以看到范例程序代码:

先确认XC16 Compiler有无挂载成功，接者就可以进行刻录测试了。

程序代码默认输出为3.3V及15V，并且有1.75W的附载，运作时间一久，屏幕即会显示温度警示。

使用示波器观察电压波型输出，并无太大涟波，对于Lidar等昂贵的电子设备电源干净很重要。

对于开发板的使用已经有初步的了解，尝试用LCD屏幕显示字符串后，接下来的开发重点会着重于Boot和Buck电压的设定，以及电流监测等功能的使用，过程辛苦，但这玩意上手可以做很多应用，好玩!

终于度过了沉重的学校考试，终于可以来好好做研究了！目标建置一无人车的电源管理系统，基于目前的无人车系统，架构图如下:

电路敘述: 

经由电池供电，透过降压模块，将电压转换成DM330017-2开发板使用的9V电源。

由两块DM330017-2分别输出

       12V: 给十六光束的高精度Lidar和单光束的高精度Lidar。

        5V : 给Stereo Camera和Display Panel。

        *可以扩充更多的DM330017-2，因应接下来还会整合其他的模块(例如RTK GPS)。

透过DM330017-2控制、监控模块的电压电流，保护动辄几十万、相当昂贵的传感器，经由IIC送出数据给控制器Atmega328p，将数据整合喂给ROS （Robot Operating System），无人车软件核心的部分就可以取得资料，无人车电源管理的切换工作就相当轻松了 !

接下来会将过程一步步公布出来，帮助有同样系统整合需求的朋友们，轻松做到电源管理!

今天的目标要来让DM330017-2输出5V、12V电压。

软件使用:

MPLAB X IDE V4.10

且需安装XC16 Compiler

一开始我用了最新版的MPLAB IDE，奇怪的是程序会发生错误，最后改用MPLAB X IDE V4.10 就正常了，也许是有地方没设好，给大家做参考。

硬件需求:

接上USB线至J2

并插上9V的外接电源

硬件已设置完成。 

开启MPLAB X IDE 选取Microchip所提供的范例程序代码，并测试!

         范例程序中BUCK,BOOST都开启了仿真负载，关闭流程如下:

    1.     打开load_config.h

    2.     找到 #define BOOSTLOAD1    NOLOAD  // LOADBANK2改成NOLOAD

    3.     找到#define BUCKLOAD1    NOLOAD  // LOADBANK2改成NOLOAD

    4.    烧写程序，可以发现变成0w,也不会显示过热警示了。

DM330017-2 开发板原本BUCK 和BOOST的预设输出电压限制为:

    BUCK :2.4V~3.8V

    BOOST: 13.4V~17.8V

经过更改DM330017-2 开发板上的电阻，可以让输出为要使用的5V及12V。

BUCK 输出5V需更改R97 & R105 两颗电阻，阻值改成5.1k

并将define.h 中BUCK部分程序代码做以下设定

// Output Voltage Setpoint       

#define BUCKVOLTAGEREFERENCE  5   // Buck output voltage in volts (max 3.8V with on-board load)       

//buck feedback gains  

#define VBUCKFBGAIN  0.497042   // 3.16k/(1.02k+3.16k)

BOOST 输出12V需更改R41 & R51 两颗电阻，R41阻值改成3k、R51阻值改成1.2k

并将define.h 中BOOST部分程序代码做以下设定

// Output Voltage Setpoint

#define BOOSTVOLTAGEREFERENCE   12 // Boost output voltage in volts (max 17.3V with on-board load)

//Boost feedback gains

#define VBOOSTFBGAIN  0.263   // 1k/(1k + 5.12k) 

检查输出是否正确

12V的电压有点高，不过还在可接受的范围内，原因是VFB_BOOST并不是理想的3.3V而是3.47V，输出电压成功!

上次的日志设定好了输出电压，接下来得确定输出电流能推动足够的负载。

测试以Lidar以及Duel Camera作为负载!

先来看BUCK的部分，开发板上的BUCK的输出电流最大为2.5A，用来供应Duel Camera是绰绰有余的。

别开心得太早阿，再来是BOOST的部分，BOOST的输出电流为0.37A，我们使用的Lidar规格为12V   1A ，恐怕是不够推动，为了满足需求，得研究电路图进行修改。

来看到Boost converter 的电路部分，为了要能输出12V 1A，需考虑到原本电路的Q2 内阻RDS(on)是否够低以及F1保险丝的断流容量。

F1保险丝因为只有1A的断流容量，在此我将他短路，但是同时丧失保护功能，需特别小心!

Q2 为MCP87050 其输出规格如图标，内阻为6m奥姆，没问题!

附上数据来源:

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/22308B.pdf

因为实验室的轻型无人车所使用之电池，输出的电压为24V，转成9V输入给开发板，就大功告成了!

前篇文中确认了电压、电流能符合输出需求，接下来就是数据传输的功能，开发板拉出了I2C接脚SDA1与SCL1。

I²C（Inter-Integrated Circuit）字面上的意思是集成电路之间，它其实是I²C Bus简称，所以中文应该叫集成电路总线，它是一种串行通讯总线，使用多主从架构，由飞利浦公司在1980年代为了让主板、嵌入式系统或手机用以连接低速外围装置而发展。(此段取至wiki)

来看电路的接线，已经有配置提升电阻!

从电路图上来看SDA1与SCL1已经有用于与MCP23008通讯，用来控制虚拟负载，跟两颗LED。

MCP23008 :  http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21919e.pdf

研究时发现，使用手册上似乎有些出错，真是奇怪，LCD应该没有使用到IIC功能才是!

接线外观图：

硬件了解后，打开范例程序的init.c文件，可以看到I2C的程序代码，I2C的位置为0x00且为Slave，用来控制MCP23008!(注意此处须看到更下面文章了解)

dsPIC33EPXXGS50X FAMILY:    http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/70005127d.pdf   

*IIC部分在章节17

透过缓存器设置来完成功能：

init.c文件

结果发生问题 !! 实际使用上发现，程序上的地址，跟波型上并不相符合，相当奇怪。

明明设定地址为0X00但是出然居然是0x20,有鬼阿!

不过工程人员就要用科学的方法解决问题，先不逃跑了，坐下来好好看文件。

东翻西找发现真正的位置设置是在load_config.h ,  原来搞错位置了!!

接下来继续进度，因为不会用到仿真负载，所以将I2C的Address改为0xB0，透过void InitI2C(void) 子程序中的协议来传输数据。

测试输出’A’字符

附上IIC部分的程序代码

void InitI2C(void)

{

    I2C1CON1bits.I2CEN = 1;      // 开启 I2C 功能

    //Configure I2C as MASTER to communicate with Load IC

    I2C1CON1bits.A10M   = 0;     // 7位的从端数据与地址

    I2C1CON1bits.DISSLW = 1;     // Slew rate control disabled

    I2C1BRG = I2CBAUDRATE;       // IIC传输速率100kHz

    IFS1bits.MI2C1IF = 0;

    IEC1bits.MI2C1IE = 1;        // 开启主端的 I2C 中断

    IPC4bits.MI2C1IP = 5;  

    // 接下来的程序代码用于设定MCP23008(仿真负载)

    I2CRegAddr   = IOCON_REGADDR;

    I2CLoadWrite = 0x20;         // 禁用顺序操作

    I2C1CON1bits.SEN = 1;        // SEN启动条件致能位（当作为I2C主端件运行时）若是=1在SDAx和SCLx引脚上触发; 硬件在结束时清除序列

    while(messageComplete == 0);

    messageComplete = 0;

    I2CRegAddr = IODIR_REGADDR;

    I2CLoadWrite = 0x00;         // 设置所有IO为输出

    I2C1CON1bits.SEN = 1;       

    while(messageComplete == 0);

    messageComplete = 0;

    I2CRegAddr = GPIO_REGADDR;

   //I2CLoadWrite = (I2CBUCKLOAD1WRITE | I2CBOOSTLOAD1WRITE);

    I2CLoadWrite =('A');             //测试输出’A’字符

    // I2CLoadWrite = 0xff;            //测试用 让GPA口输出高电平

    I2C1CON1bits.SEN = 1;       

    while(messageComplete == 0);

    messageComplete = 0;

}

另一端控制器可以收到透过IIC传输的’A’，不过因为数据传输只有7bits，还要继续研究如何传输字符串，以及透过IIC双向通讯。

来看看要电源供应主要的组件!

有Lidar和Camera，两着为无人驾驶重要的避障工具，因此仰赖稳固的电源，如同一颗强健的心脏，供应电路中各部件的运作，运用DM330017-2开发板来设计无人车电源管理系统相当适合，轻易就可以控制BUCK跟BOOST当作数字电源，又包含温度警示，串行通讯界面，接下来会继续完成更多功能，待ROS方面若能直接整合DSPIC33系列IC，就不用透过另一颗微控制器，我们接着也会将ROS整合控制器的步骤提供出来，帮助大家在选择电源管理控制器时，有更简单方便的选择!

接着介绍组装的部分：

自己制作一组供电插头，用USB TYPE A以及 DC JACK输出。未來會整合到一塊集成PCB上。

组装上车子!!

在户外收集环境信息建立点云图与影像侦测

这次的开发比赛即将结束了，自己第一次接触数字电源的开发，相当新奇，过程中遇到的问题真的解决不了，就上了Microchip的官方讨论区询问，不到一天就收到了回复，谢谢Microchip提供这样的资源，让学生有机会尝试使用各类不同的产品，同时也提供技术支持，相当感谢，祝大家一切顺利!