DEVELOPMENT PLATFORM FOR MOTOR CONTROLS A dissertation submitted to the Department of Electrical Engineering, University ofMoratuwa in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science in Industrial Automation by PRA THAP ASINGHAGE RANINDU DILRUW AN DAYANANDA Supervised By: Dr. Sisil Kumarawadu Department of Electrical Engineering University of Moratuwa Sri Lanka 2009 93950 Abstract By P. R. D. Dayananda Chairperson of the Supervisory Committee: Dr. Narendra De Silva Department of Electrical Engineering Speed control of induction motor has become a famous topic in the industrial automation field during the past decade. Due to the rapid growth in power electronics, this field has been grown for a great extent. There are many algorithms currently available for speed control of induction motors, while every algorithm has its relative merits over other. In different situations, it's desirable to use different algorithms. In normal inverters available in the market, most of the time one algorithm is implemented, which is hard-coded in the circuit. This project is about design of a programmable induction motor drive which is capable of implementing different algorithms in one system. Currently it has been developed as a test bench for machines laboratory where different algorithms such as Six Step, Sinusoidal PWM and Constant VIf control are available in the same system with user selectable mode. The system is reprogrammable, so it's possible to include some new algorithms such as trapezoidal PWM in future as further development of this project. Two types of microcontrollers are used in order to produce the control signals for the inverter. One is Object Oriented PIC (OOPic) and other is PIC16F767, in which there are 3 inbuilt hardware PWM modules with 10-bit resolution available. Six step algorithm is implemented using the OOPic & the sinusoidal PWM with Vlf control in implemented using PIC16F767. There is a new speed sensor designed using Hall IC which is very cheap & accurate in operation. This is designed as a low cost alternate method of speed sensing instead of 'Using high cost encoder or photo electric sensors. The sensor feedback signal processing & display of speed also implemented in OOPic. A driver circuit was very' much needed in between the controller and the inverter for several reasons. One is to provide optical isolation from logical ground and the power ground. Other one is to provide a sufficient dead time in upper & lower switch signals. Also a voltage which is capable of switching on an IGBT was needed from the driver circuit. An IGBT module-which consists of converter & inverter circuit is used as the main switching device to produce variable frequency, variable voltage sinusoidal output. Many challenges were faced while carrying on the project, which gave us a valuable experience by having hands on experience with different ICs, power electronic devices & microcontroller programming. The major issues and challenges faced and the solutions are included in this report. Also a detailed discussion about various components & functionalities is included with the test results. This project report will be a very useful document to anybody interested in designing control systems and power electronic circuit design. D E C L A R A T I O N T h e w o r k s u b m i t t e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n i s t h e r e s u l t o f m y o w n i n v e s t i g a t i o n , e x c e p t w h e r e o t h e r w i s e s t a t e d . I t h a s n o t a l r e a d y b e e n a c c e p t e d f o r a n y d e g r e e , a n d i s a l s o n o t b e i n g c o n c u r r e n t l y s u b m i t t e d f o r a n y o t h e r d e g r e e . j i , c ) , : ) < } , , / I P . R . D . D a y a n a n d a I e n d o r s e t h e d e c l a r a t i o n b y t h e c a n d i d a t e . \ \ ( . , "'~· - . _ i \ ( . \ ( - - - ' \ : . : : _ _ _ ' " , ' ) C , j C ' / ( ( ) \ . . , c ' l D r . S i s i l K u m a r a w a d u 1 1 C O N T E N T S I l E C L A R A T I O N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I I A B S T R A C T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V A . C K N O W L E D G M E N T S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V I L I S T O F F I G U R E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V I I 1 . I N T R O D U C T I O N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 . 1 B a c k g r o u n d a n d M o t i v a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 . 2 I m p o r t a n c e o f t h e p r o j e c t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ] 1 . 3 O r g a n i z a t i o n o f t h e r e p o r t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 . 4 O b j e c t i v e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 . 5 B a c k g r o u n d S t u d y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 . 5 . 1 V I F c o n t r o l M e c h a n i s m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 . 5 . 2 S i x S t e p a n d S i n u s o i d a l P W M G e n e r a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2 . O V E R V I E W O F T H E P R O J E C T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 . 1 P r o j e c t L i f e C y c l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 . 2 P r o j e c t t i m e l i n e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2 . 3 D e s i g n R e q u i r e m e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2 . 4 C a l c u l a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2 . 4 . 1 . R e q u i r e d V a r i a c C a l c u l a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . R 2 . 5 F r e q u e n c y S e l e c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2 . 6 C o m p o n e n t S e l e c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2 . 6 . 1 . S e l e c t i o n o f I G B T M o d u l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2 . 6 . 2 . C o n v e r t e r S e l e c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2 . 6 . 3 . O b j e c t O r i e n t e d P I C ( O O P i c ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 2 . 6 . 4 . 1 6 F 7 6 7 M i c r o c o n t r o l l e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 2 . 6 . 5 . I R 2 1 0 9 4 I C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . l l 2 . 7 H e a t S i n k D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 3 . I M P L E M E N T A T I O N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 3 . 1 M a i n C o n t r o l C i r c u i t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 3 . 1 . 1 S i x S t e p I n v e r t e r D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 3 . 1 . 2 I m p l e m e n t a t i o n o f S i x S t e p A l g o r i t h m i n t h e s y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 3 . 1 . 3 P W M T e c h n i q u e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 3 . 1 . 4 S i n u s o i d a l P W M m e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 3 . 1 . 5 I m p l e m e n t a t i o n o f s i n u s o i d a l P W M i n t h e s y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 3 . 1 . 6 C o n t r o l A l g o r i t h m o f s i n u s o i d a l P W M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 3 . 1 . 7 A c c e l e r a t i o n a n d D e c e l e r a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 3 . 1 . 8 P r o g r a m F l o w c h a r t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 3 . 2 D r i v e r C i r c u i t o f i G B T M o d u l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 3 . 2 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 3 . 2 . 2 D r i v e C i r c u i t D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 3 . 2 . 3 . D e s i g n i n g p r o t e c t i o n c i r c u i t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 3 . 2 . 4 . C o n s i d e r a t i o n o f D r i v e c i r c u i t i m p l e m e n t a t i o n I p o i n t s o f c a u t i o n . . . . . . . . . . . 3 5 3 . 3 P o \ v e r S u p p l y U n i t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 3 . 3 . 1 . D C s u p p l y b e f o r e t h e o p t i c a l i s o l a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 3 . 3 . 2 . D C s u p p l y a f t e r t h e o p t i c a l i s o l a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 3 . 4 S e n s o r D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 3 . 4 . 2 T h e H a l l p h e n o m e n o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 3 . 4 . 3 S e n s o r M o u n t i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0 4 S Y S T E M D E T A I L S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 I l l 4 . 1 T e s t p a n e l o r t h e U s e r I n t e r f a c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 5 . C O N C L U S I O N S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . " ' 4 A N N E X T U R E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 I V A C K N O W L E D G M E N T S T h i s p r o j e c t i s a n a c a d e m i c r e q u i r e m e n t o f t h e l \ f . S c . W e w a n t e d t o d o a p r o j e c t t h a t r e l a t e s w i t h A u t o m a t i o n . M y p r o j e c t i s " D e v e l o p m e n t P l a t f o r m f o r M o t o r C o n t r o l s " a n d t h e p r o j e c t s u p e r v i s o r i s D r . S i s i l K u m a r a w a d u . M y s i n c e r e t h a n k s g o t o m y P r o j e c t s u p e r v i s o r D r . S i s i l K u m a r a w a d u f o r a l l o w i n g u s d o t h i s p r o j e c t a n d g u i d i n g u s . M a n y c h a l l e n g e s w e r e f a c e d w h i l e d e s i g n i n g t h e p o w e r e l e c t r o n i c c i r c u i t s a n d t h e c o n t r o l l e r s . F i n d i n g s o l u t i o n s t o t h e m a n y i s s u e s , w h i c h w e r e e n c o u n t e r e d , r e a l l y b u i l t a s t r o n g l i n k b e t w e e n t h e p o w e r e l e c t r o n i c s a n d E l e c t r i c a l d r i v e s p r i n c i p l e s , w h i c h v v c l e a r n t e s p e c i a l l y i n t h r o u g h o u t t h e c o u r s e . N e x t w e t h a n k D r . J . P . K a r u n a d a s a , t h e h e a d o f t h e E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t a n d o t h e r s t a f f m e m b e r s o f t h e D e p a r t m e n t f o r i m p a r t i n g u s t h e k n o w l e d g e r e q u i r e d t o d o t h i s p r o j e c t a n d t h e i r c o m m e n t s a n d s u g g e s t i o n s d u r i n g p r e s e n t a t i o n s w e r e a l s o v e r y u s e f u l . W e h a v e t h e p l e a s u r e o f t h a n k i n g a l l t h e n o n - a c a d e m i c s t a f f m e m b e r s i n t h e d e p a r t m e n t l a b o r a t o r i e s a n d a d m i n i s t r a t i o n d i v i s i o n w h o h o n e s t l y s u p p o r t e d m e . A g a i n w e t a k e t h i s a n o p p o r t u n i t y t o t h a n k e v e r y o n e w h o s e n a m e s w e r e n o t m e n t i o n e d , f o r a l l t h e s u p p o r t g i v e n i n m a n y w a y s t o a c c o m p l i s h t h i s p r o j e c t s u c c e s s f u l l y . V I L I S T O F F I G U R E S F i g u r e 1 . 0 1 : T o r q u e S p e e d c h a r a c t e r i s t i c s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 F i g u r e 1 . 0 2 : V I f c h a r a c t e r i s t i c s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 F i g u r e 2 . 0 1 : P r o j e c t L~fe c y c l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 F i g u r e 2 . 0 2 : P r o j e c t T i m e l i n e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 F i g u r e 2 . 0 3 : E n c a p s u l a t e d I G B T M o d u l e ( 7 M B R 1 5 N F J 2 0 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 F i g u r e 2 . 0 4 : I n t e r n a l d i a g r a m o f 7 M B R 1 5 N F 1 2 0 I G B T M o d u l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 F i g u r e 2 . 0 5 : O O P i c H a r d w a r e M o d u l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 F i g u r e 2 . 0 6 : P i n d i a g r a m o f P I C 1 6 F 7 6 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 F i g u r e 2 . 0 7 : P i n d i a g r a m o f I R 2 1 0 9 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 F i g u r e 2 . 0 8 : D u t y C y c l e s i n o n e l e g t w o I G B T s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J 3 F i g u r e 2 . 0 9 : S y s t e m B l o c k d i a g r a m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 F i g u r e 3 . 0 1 : S i x - s t e p M A T L A B o u t p u t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 F i g u r e 3 . ( ) 2 : I n v e r t e r w i t h s i x I G B T s w i t c h e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 F i g u r e 3 . 0 3 : S i x - s t e p s w i t c h i n g s i g n a l p a t t e r n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 F i g u r e 3 . 0 4 : S i n u s o i d a l P W M m e t h o d M A T L A B o u t p u t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 F i g u r e 3 . 0 5 : S i n u s o i d a l P W M T e c h n i q u e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 F i g u r e 3 . 0 6 : O s c i l l o s c o p e I m a g e f o r S i n u s o i d a l P W M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 F i g u r e 3 . 0 7 : T h r e e p h a s e i m p l e m e n t a t i o n S y n t h e s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 F i g u r e 3 . 0 8 : D u t y c y c l e c h a n g e w i t h T i m e r l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 F i g u r e 3 . 0 9 : P r o g r a m F l o w c h a r t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 F i g u r e 3 . 1 0 : D r i v e C i r c u i t B l o c k D i a g r a m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 F i g u r e 3 . 1 1 : F l o w c h a r t o f D r i v e C i r c u i t D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 F i g u r e 3 . 1 2 : S c h e m a t i c d i a g r a m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 F i g u r e 3 . 1 3 : P C 8 1 6 O p t o c o u p l e r o s c i l l o s c o p e I m a g e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 F i g u r e 3 . 1 4 : 6 N 1 3 5 S c h e m a t i c D i a g r a m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 F i g u r e 3 . 1 5 : 6 N 1 3 5 C i r c u i t D i a g r a m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 F i g u r e 3 . 1 6 ( a ) : 6 N 1 3 5 O p t o c o u p l e r o s c i l l o s c o p e I m a g e ( P u l s e S t r e a m ) . . . . . . . . . . . . . 2 8 F i g u r e 3 . 1 6 ( b ) : 6 N 1 3 5 O p t o c o u p l e r o s c i l l o s c o p e I m a g e ( S i n g l e P u l s e ) . . . . . . . . . . . . . . 2 8 F i g u r e 3 . 1 7 : I R 2 1 1 0 C o n n e c t i o n d i a g r a m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 F i g u r e 3 . 1 8 : I R 2 1 0 9 4 C o n n e c t i o n d i a g r a m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 F i g u r e 3 . 1 9 : D e a d b a n d t i m e s i g n a l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 F i g u r e 3 . 2 0 : I n v e r t e d C o n t r o l S i g n a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 F i g u r e 3 . 2 1 ( a ) : D e a d b a n d t i m e o b s e r v a t i o n u s i n g O s c i l l o s c o p e ( P u l s e S t r e a m ) 3 1 F i g u r e 3 . 2 1 ( b ) : D e a d b a n d t i m e o b s e r v a t i o n u s i n g O s c i l l o s c o p e ( c ) i n g l e P u l s e ) . 3 2 F i g u r e 3 . 2 2 : S h o r t c i r c u i t w i t h s t a n d c a p a b i l i t y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 F i g u r e 3 . 2 3 : O v e r c u r r e n t d e t e c t o r i n s e r t i o n m e t h o d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 . 3 F i g u r e 3 . 2 4 : O v e r c u r r e n t d e t e c t o r i n s e r t i o n p o s i t i o n s a n d f i m c t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 F i g u r e 3 . 2 5 : T u r n - o f f c u r r e n t a n d w a v e f o r m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 F i g u r e 3 . 2 6 : G - E o v e r v o l t a g e c i r c u i t p r o t e c t i o n c i r c u i t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 F i g u r e 3 . 2 7 : G a t e s i g n a l o s c i l l a t i o n s c o u n t e r m e a s u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 F i g u r e 3 . 2 8 : D C s u p p l y b e f o r e i s o l a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 F i g u r e 3 . 2 9 : D C s u p p l y a f t e r i s o l a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 F i g u r e 3 . 3 0 : H a l l E f f e c t p h e n o m e n a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 F i g u r e 3 . 3 1 : S e n s o r I n t e r n a l c i r c u i t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 F i g u r e 3 . 3 2 : S e n s o r p u l s e w a v e f o r m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9 F i g u r e 3 . 3 3 : S e n s o r m o u n t i n g o n t h e m o t o r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0 F i g u r e 3 . 3 4 : 4 4 7 8 0 c h i p s e t L C D p i n d i a g r a m a n d O O P i c c o n n e c t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . 4 1 F i g u r e 4 . 0 1 : U s · e r I n t e r f a c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 V l l . . t \ • < ; c . · ~~v.-~,1-J~ ~"t'Mo-,..\€\ ' t / V ' l · 1 . I n t r o d u c t i o n 1 . 1 B a c k g r o u n d a n d M o t i v a t i o n S m o o t h s p e e d c o n t r o l o f a n I n d u c t i o n m o t o r h a d b e e n a m a j o r p r o b l e m i n t h e e a r l y i n d u s t r y , d i f f i c u l t y i n c o n t r o l l i n g s p e e d h a s l e d t h e i n d u s t r y t o g o f o r o t h e r o p t i o n s l i k e D C m o t o r s . H o w e v e r , w i t h d e v e l o p m e n t o f m i c r o c o n t r o l l e r s a n d p o w e r e l e c t r o n i c d e v i c e s t h e r e i s a t e n d e n c y t o g o f o r p o w e r e l e c t r o n i c I n v e r t o r s r e c e n t l y . B u t a v a i l a b l e i n v e r t e r s a r e e x p e n s i v e , c o n s i s t o f m o r e h a r d w a r e a n d t h i n g s a r e h a r d c o d e d . S t i l L s u c h a v a i l a b l e s p e e d c o n t r o l l e r s d o n o t p r o v i d e t h e c u s t o m e r f l e x i b i l i t y t o s e l e c t a d e s i r e d c o n t r o l a l g o r i t h m . T h i s p r o j e c t , " D e v e l o p m e n t P l a t f o r m f o r M o t o r C o n t r o l s " i s d e v e l o p e d a s a t e s t b e n c h w h i c h c a n b e u s e d i n t h e m a c h i n e s l a b f o r E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g s t u d e n t s . T h i s p r o j e c t i s d e v e l o p e d a s a s y s t e m w h e r e d i f f e r e n t t y p e s o f m o t o r c o n t r o l l i n g a l g o r i t h m s a r e a v a i l a b l e a n d t h e s y s t e m c a n b e u p g r a d e d f o r s o m e n e w a l g o r i t h m s i n f u t u r e . T h i s i n t r o d u c e s a m e t h o d f o r f l e x i b l e m o t o r s p e e d c o n t r o l l i n g i n t h e i n d u s t r y a n d w o r k s a s a l o w c o s t v a r i a b l e s p e e d d r i v e a s w e l l . 1 . 2 I m p o r t a n c e o f t h e p r o j e c t I n t h i s p r o j e c t , a n e w c o n t r o l l e r O O P i c i s u s e d t o p r o d u c e t h e s o m e c o n t r o l s i g n a l s . B y u s i n g d i f f e r e n t t y p e s o f m i c r o c o n t r o l l e r s i n t h e m a r k e t , t h i s p r o j e c t h a s b e e n d e v e l o p e d a s a t e s t b e n c h w h e r e s t u d e n t s w i l l b e a b l e t o g e t a p r a c t i c a l e x p e r i e n c e h o w t h e s m o o t h c o n t r o l o f e l e c t r i c a l d r i v e s c a n b e a c h i e v e d b y c o m b i n i n g S o f t w a r e . E l e c t r o n i c a n d E l e c t r i c a l e n g i n e e r i n g c o n c e p t s . F u r t h e r , t h e y c a n v i s u a l i z e w a v e f o r m s o f c o n t r o l s i g n a l s g e n e r a t e d b y t h e m i c r o c o n t r o l l e r u s i n g t h e o s c i l l o s c o p e , a n d h o w t h e y v a r y w h e n t h e s p e e d c h a n g e s , w h a t a r e t h e i n h e r i t e d f e a t u r e s o f t h i s c o n t r o l t e c h n i q u e s b o t h p r o s a n d c o n s , a n d h o w t h e s e c o n t r o l t e c h n i q u e s p h y s i c a l l y a f f e c t t h e m o t o r ' s p e r f o r m a n c e . T h e t e s t b e n c h i s v i s u a l l a y o u t t o o b s e r v e h o w d i f f e r e n t t y p e s o f c o m p o n e n t s a r e c o l l a b o r a t e d w i t h e a c h o t h e r t o a c c o m p l i s h t h e o v e r a l l t a s k . A n d f u r t h e r , i t c a n b e u s e d t h e r e t o v e r i f y h o w t h e P W M s i g n a l s a r e g e n e r a t e d , t h e d e a d b a n d t i m e c l a r i f i c a t i o n b y w a t c h i n g t h e c o n t r o l s i g n a l s i n t h e o s c i l l o s c o p e . " ' . c ; c . . · p J i ) u ~~~ " ' . - Q , •~·P"'· ~-1'~~,. 1 . 3 O r g a n i z a t i o n o f t h e r e p o r t • F i r s t c h a p t e r i s a b r i e f i n t r o d u c t i o n t o t h e p r o j e c t a n d i t i n c l u d e s t h e b a c k g r o u n d , m o t i v a t i o n f o r t h e w o r k , i m p o r t a n c e o r t h e r e q u i r e m e n t o f s u c h d e v e l o p m e n t a n d t h e o b j e c t i v e s o f t h e p r o j e c t d e s i g n . • S e c o n d c h a p t e r p r e s e n t s p r o j e c t o v e r v i e w a n d i t c o n t a i n s p r o j e c t l i f e c y c l e , t i m e l i n e , r e q u i r e m e n t a n a l y s i s , c o m p o n e n t r a t i n g s a n d a b l o c k d i a g r a m o f t h e f i n a l d e s i g n . • T h i r d c h a p t e r d e s c r i b e s t h e p r o j e c t i m p l e m e n t a t i o n a n d i t i s d i v i d e d i n t o t h e m a i n a r e a s o f t h e p r o j e c t s u c h a s c o n t r o l c i r c u i t , d r i v e r c i r c u i t , s e n s o r d e s i g n & i n t e r f a c e d e s i g n . I t c o v e r s t h e i m p l e m e n t a t i o n m e t h o d , t h e p r o b l e m s f a c e d d u r i n g i m p l e m e n t a t i o n & t h e s o l u t i o n s t a k e n . • f o u r t h c h a p t e r c o n t a i n s t h e f i n a l s y s t e m d e t a i l s . I t c o n t a i n s t h e f i n a l s y s t e m · s p a n e l i m a g e , C i r c u i t f i t t i n g i m a g e & s e n s o r m o u n t i n g i m a g e s . I t a l s o c o n t a i n s t h e c o s t a n a l y s i s o f t h e p r o j e c t . • F i f t h c h a p t e r i s t h e c o n c l u s i o n , w h i c h d i s c u s s e s a b o u t t h e r e s u l t s , t h e c o n c l u s i o n s t a k e n f r o m t h a t & t h e t h i n g s t h a t c o u l d n o t h a v e b e e n i m p l e m e n t e d d u e t o s e v e r a l r e a s o n s s u c h a s t i m e c o n s t r a i n t . A l s o t h e f u t u r e i m p r o v e m e n t o f t h e s y s t e m d i s c u s s e d . • T h e p r o g r a m m i n g c o d e s , c i r c u i t d i a g r a m s d r a w n i n O r c a d a r c i n c l u d e d i n t h e a n n e x u r e . 1 . 4 O b j e c t i v e s T h e i n d u s t r i a l a u t o m a t i o n i s a n e w f i e l d w h i c h i s i m p r o v i n g v e r y r a p i d l y e v e r y d a y . T h e a d v e n t o f n e w a d v a n c e p o w e r e l e c t r o n i c t e c h n o l o g i e s i s h e l p i n g t o l o w e r t h e e n e r g y c o n s u m p t i o n l a r g e l y . W h e n c o n s i d e r i n g a b o u t e n e r g y s a v i n g s i n t h e a u t o m a t i o n i n d u s t r y , v a r i a b l e s p e e d d r i v e s p l a y a b i g r o l e . A s t h e p r o d u c t i o n r a t e h e i g h t e n s , t h e n u m b e r o f p r o c e s s i n g m a c h i n e s i n c r e a s e s a n d i s s u b j e c t t o h i g h c o n s u m p t i o n o f e n e r g y . H e n c e w i t h t h i s h i g h e n e r g y c o n s u m p t i o n a n d h i g h e l e c t r i c i t y c o s t , i t i s r e q u i r e d t o t a k e n e c e s s a r y m e a s u r e s t o r e d u c e t h e e n e r g y c o n s u m p t i o n . i m p r o v e e n e r g y e f f i c i e n c i e s . I n d u c t i o n m o t o r s a r e i d e n t i f i e d a s a h i g h p o t e n t i a l t a r g e t f o r e n e r g y c o n s u m p t i o n i n t h e i n d u s t r y . I n m a n y c a s e s t h e s p e e d s s u p p l i e d b y t h e m o t o r a r e n o t i n l i n e w i t h t h e r e q u i r e m e n t s . D u e t o t h i s r e a s o n , t h e v a r i a b l e s p e e d d r i v e s y s t e m s a r e n o w r e p l a c i n g t h e o l d e r g e a r s y s t e m s . W a t e r p u m p s . b l o w e r s , c o n v e y o r m o t o r s , e l e c t r i c l i f t s e t c a r e j u s t a f e w p l a c e s w h e r e t h r e e p h a s e v a r i a b l e s p e e d d r i v e s a r e u s e d t o d a y . N e v e r t h e l e s s , t h e i s s u e i s t h a t t h e c o n v e r s i o n c o s t f o r t h i s i s s o m e w h a t e x p e n s i v e , t h e r e f o r e n o t a l l o w i n g s m a l l i n d u s t r i e s t o g o f o r t h a t o p t i o n r e g a r d l e s s i t i s c r i t i c a l t o s u r v i v e i n t o d a y ' s c o m p e t i t i v e e n v i r o n m e n t . S o w e i d e n t i f i e d t h i s p r o b l e m a n d d e s i g n e d a p r o g r a m m a b l e i n d u c t i o n m o t o r d r i v e a s a t e s t b e n c h . T h e o b j e c t i v e o f t h i s p r o j e c t i s d e f i n e d a s f o l l o w s : 2 • G e n e r a t i n g d i f f e r e n t t y p e s o f c o n t r o l s i g n a l s i n o n e s y s t e m S i n c e t h i s i s d e s i g n e d a s a t e s t b e n c h , t h e m a i n o b j e c t i v e w a s t o i m p l e m e n t d i f f e r e n t t y p e s o f m o t o r c o n t r o l l i n g a l g o r i t h m s i n o n e s y s t e m w h i c h c a n b e u p g r a d e d f o r s o m e n e w a l g o r i t h m s i n f u t u r e . • C o s t o p t i m i z a t i o n C u r r e n t l y a v a i l a b l e p r o d u c t s i n t h e m a r k e t a r e h a v i n g a p r i c e w h i c h i s n o t a f f o r d a b l e b y e v e r y o n e . S o w e d e c i d e d t o m a k e t h e s y s t e m w i t h l e s s c o s t , b u t w i t h a l l f u n c t i o n a l i t i e s e x p e c t e d a s a v a r i a b l e s p e e d d r i v e . • P r o v i d e p r o t e c t i o n m e c h a n i s m s f o r t h e m o t o r & c o n t r o l l e r T h i s i s a n o t h e r f e a t u r e e x p e c t e d i n t h e i n d u s t r y t o b e i m p l e m e n t e d i n t h e m o t o r d r i v e s . O v e r v o l t a g e p r o t e c t i o n , l i n e t o l i n e v o l t a g e p r o t e c t i o n , o v e r c u r r e n t p r o t e c t i o n & o p t i c a l i s o l a t i o n a r e t h e m a i n m e c h a n i s m s t h a t w e r e d e c i d e d t o i m p l e m e n t i n t h e s y s t e m . • D e s i g n o f a s p e e d s e n s o r w h i c h i s l o w i n c o s t w i t h r e q u i r e d a c c u r a c y C u r r e n t l y a v a i l a b l e s p e e d s e n s i n g m e c h a n i s m s l i k e o p t i c a l e n c o d e r s a r e v e r y m u c h a c c u r a t e a n d v e r y m u c h e x p e n s i v e a s w e l l . S o w e h a v e d e c i d e d t o d e s i g n a s p e e d s e n s o r w i t h r e q u i r e d a c c u r a c y . W e d e c i d e d t o u s e a H a l l I C f o r t h i s p u r p o s e a s t h i s h a s h i g h a c c u r a c y , l o w e r c o s t & s m a l l i n s i z e . 1 . 5 B a c k g r o u n d S t u d y 1 . 5 . 1 V / F c o n t r o l M e c h a n i s m T h e V / F c o n t r o l i s t h e s a l i e n t c o n t r o l m e c h a n i s m f o r t h e i n d u c t i o n m o t o r s p e e d c o n t r o l . T h e b a s e s p e e d o f t h e i n d u c t i o n m o t o r i s d i r e c t l y p r o p o r t i o n a l t o t h e s u p p l y f r e q u e n c y a n d i n v e r s e l y p r o p o r t i o n a l t o t h e n u m b e r o f p o l e s i n t h e m o t o r . S i n c e t h e n u m b e r o f p o l e s i s f i x e d b y d e s i g n , t h e b e s t w a y t o v a r y t h e s p e e d o f t h e i n d u c t i o n m o t o r i s b y v a r y i n g t h e s u p p l y f r e q u e n c y . T h e t o r q u e d e v e l o p e d b y t h e i n d u c t i o n m o t o r i s d i r e c t l y p r o p o r t i o n a l t o t h e r a t i o o f t h e a p p l i e d v o l t a g e a n d t h e C r e q u e n c y o f s u p p l y . B y v a r y i n g t h e v o l t a g e a n d t h e f r e q u e n c y , b u t k e e p i n g t h e i r r a t i o c o n s t a n t , t h e t o r q u e d e v e l o p e d c a n b e k e p t c o n s t a n t t h r o u g h o u t t h e s p e e d r a n g e . T h i s i s e x a c t l y w h a t V / F c o n t r o l t r i e s t o a c h i e v e . T h e t y p i c a l t o r q u e - s p e e d c h a r a c t e r i s t i c o f t h e i n d u c t i o n m o t o r . s u p p l i e d d i r e c t l y f r o m t h e m a i n s u p p l y i s s h o w n b e l o w . " . ) r T o r q u e : t n d C u r r e n t 1 - - s r E < a k d o r n T o r q u e f - - T ' : n : : L . e 1 _ C u r r e n : I - - r F u l l L o a d T o r q u e L o c k e d R o t o r T o r q u e I I I · - · - · - · • · · - - · - · - · - \ : P u l l - u p T o r q u e ··-·····--·-·~·-·-r-·-·-·--Y S l i p . . . . S p e e d I I I I I I I I I r · J E 1 · • F i g u r e 1 . 0 1 : T o r q u e S p e e d c h a r a c t e r i s t i c s T h e m a i n f e a t u r e s i n t h e V / F c o n t r o l m e c h a n i s m . • T h e s t a r t i n g c u r r e n t r e q u i r e m e n t i s l o w e r . • T h e s t a b l e o p e r a t i n g r e g i o n o f t h e m o t o r i s i n c r e a s e d . I n s t e a d o f s i m p l y r u n n i n g a t i t s b a s e r a t e d s p e e d , t h e m o t o r c a n b e r u n t y p i c a l l y f r o m 5 % o f t h e s y n c h r o n o u s s p e e d u p t o t h e b a s e s p e e d . T h e t o r q u e g e n e r a t e d b y t h e m o t o r c a n b e k e p t c o n s t a n t t h r o u g h o u t t h i s r e g i o n . • A t b a s e s p e e d , t h e v o l t a g e a n d f r e q u e n c y r e a c h t h e r a t e d v a l u e s . A s s h o w n i n t h e f i g u r e 1 . 0 2 , t h e m o t o r c a n b e r u n b e y o n d t h e b a s e s p e e d b y i n c r e a s i n g t h e f r e q u e n c y o n l y , w i t h o u t c h a n g i n g t h e a p p l i e d v o l t a g e b e y o n d t h e r a t e d v o l t a g e . T h i s r e s u l t s i n t h e r e d u c t i o n o f t o r q u e . 1 - 1(:·1;;:,~~;: ··/~ . • T E : • . _ _ _ 1 _ _ _ _ _ ~ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 1 T o r q u E . J n d V o l t a g e I / / / / / / / / / / · · . · · r · : . · - - - r - - - - - - - - - - - - - - - - - - - t - - - - - - - - - - - - - ~ - - - - - ~ I I I . · r i · , . - ' rr:~:: . r · : t · . · : b 1 : 8 : : ; ' [17~·:· .~ F r e q u e n c y . . . F i g u r e 1 . 0 2 : V I f c h a r a c t e r i s t i c s 4 1 . 5 . 2 S i x S t e p a n d S i n u s o i d a l P W M G e n e r a t i o n T h e s i x s w i t c h e s ( I G B T s ) o f t h e i n v e r t e r a r e s w i t c h e d i n s i x s t e p s s u c h t h a t a r e s u l t a n t s i n u s o i d a l w a v e f o r m i s a p p l i e d a c r o s s t h e m o t o r w i n d i n g s . F o r t h i s p u r p o s e , t h e t o t a l p e r i o d i s d i v i d e d i n t o s i x e q u a l p e r i o d s , i n e a c h p e r i o d t w o o n e s i d e d s w i t c h e s & o n e o t h e r s i d e s w i t c h w i l l b e O N . T h e s i x s t e p a l g o r i t h m i s e a s y t o i m p l e m e n t c o m p a r e d t o s i n u s o i d a l o n e , b u t h a s s o m e d i s a d v a n t a g e s . T h e m a i n d i s a d v a n t a g e o f s i x s t e p a l g o r i t h m i s t h a t i t c a n b e u s e d t o c h a n g e t h e o u t p u t f r e q u e n c y o n l y . O u t p u t a m p l i t u d e c a n b e c o n t r o l l e d b y o n l y c h a n g i n g t h e D C - l i n k v o l t a g e . B u t i n s i x s t e p , h a r m o n i c s o f o r d e r t h r e e a n d m u l t i p l e s o f t h r e e a r e a b s e n t f r o m t h e l i n e t o l i n e a n d v o l t a g e . I n o r d e r t o c o n t r o l t h e o u t p u t v o l t a g e , P W M t e c h n i q u e c a n b e u s e d . T h e s i n u s o i d a l P W M g e n e r a t i o n i s d o n e b y c o m p a r i n g a s a w t o o t h w a v e f o r m o f h i g h f r e q u e n c y w i t h s i n u s o i d a l c o n t r o l s i g n a l w i t h d e s i r e d f r e q u e n c y . B u t h e r e t h e m a g n i t u d e a n d t h e f r e q u e n c y o f t h e o u t p u t s i g n a l c a n h e c h a n g e d b y c h a n g i n g t h e m a g n i t u d e a n d t h e f r e q u e n c y o f t h e s i n u s o i d a l w a v e C o r m . 5 2 . O v e r v i e w o f t h e p r o j e c t 2 . 1 P r o j e c t L i f e C y c l e I B a c k g r o u n d s t u d y a n d r e q u i r e m e n t a n a l y s i s j P r o p o s a l o f s o l u t i o n s a n d e v a l u a t i o n o f A l t e r n a t i v e s I ~ D e s i g n o f t h e e m b e d d e d l a y e r D e s i g n o f t h e h a r d w a r e i n t e r f a c i n g S y n c h r o n i z i n g a n d t e s t i n g E m p l o y m e n t o f t h e s y s t e m t o t h e a p p l i c a t i o n I D o c u m e n t a t i o n a n d s u b m i t t i n g o f t h e p r o j e c t t o t h e u n i v e r s i t y F i g u r e 2 . 0 I : P r o j e c t L i f e c y c l e I I ! 6 2 . 2 P r o j e c t t i m e l i n e ; 1 , ! , : 1 1 1 , ' . . - - . l 1 r · i ! \ l l < t · : 1 u · · , ~ : · . F i g u r e 2 . 0 2 : P r o j e c t T i m e l i n e 2 . 3 D e s i g n R e q u i r e m e n t s P a r a m e t e r s o f t h e a p p l i c a t i o n f o r w h i c h t h e d r i v e d e s i g n i s b a s e d o n a r c a s f o l l o w s . r · , 1 1 , . .~ = 2 4 0 v M o t o r i s i n d e l t a c o n n e c t i o n P o w e r = 3 7 0 W P o w e r f a c t o r = 0 . 7 6 R a t e d s p e e d = 1 3 6 0 r p m R a t e d f r e q u e n c y = 5 0 H z 2 A C a l c u l a t i o n s A c c o r d i n g t o t h e p a r a m e t e r s o f t h e s e l e c t e d m o t o r f o r w h i c h r e q u i r e s d r i v e d e s i g n , t h e r e q u i r e d D C b u s v o l t a g e , h e n c e r e q u i r e d t r a n s f o r m e r c a p a c i t y , a n d v o l t a g e a r c c a l c u l a t e d . W i t h 5 % o f a l l o w a b l e o v e r v o l t a g e m a r g i n o f r a t e d v o l t a g e 2 4 0 V , t h e m a x i m u m r e q u i r e d r m s v o l t a g e i s s e t t o 2 5 2 V . ~naxrms = 2 4 0 x 1 O S O / o = 2 5 2 V • F o r S i n u s o i d a l P W M S i g n a l s T h e r e b y m a x i m u m p e a k v o l t a g e r e q u i r e d w a s d e r i v e d . { 2 { 2 V m a x , p k = V m a x , r m s X { 3 = 2 5 2 X { 3 = 2 0 6 . 7 6 V A s s u m i n g a m a x i m u m o f 0 . 9 a m p l i t u d e m o d u l a t i o n r a t i o , t h e m a x i m u m D C b u s v o l t a g e w a s d e r i v e d v V d c = m a x , p k X 2 m a 2 0 5 . 7 6 X 2 = 45 l.24V(~ 4 6 0 V ) 0 . 9 7 • F o r t h e S i x - s t e p P W M S i g n a l s T h e r e b y , t h e m a x i m u m D C b u s v o l t a g e w a s d e r i v e d V m x , r m s X - J 3 _ 2 5 2 X - J 3 = 3 0 8 . 6 4 V ( 3 1 0 V ) V d c = - [ 2 - - [ 2 2 . 4 . 1 . R e q u i r e d V a r i a c C a l c u l a t i o n A t h r e e p h a s e r e c t i f i e r i n c l u d e d i n t h i s r e c t i f i c a t i o n w h i c h i s e n c a p s u l a t e d i n I G B T M o d u l e . S o , t o g e t t h e r e q u i r e d o u t p u t d e v o l t a g e f r o m t h e t h r e e p h a s e r e c t i f i e r a v a r i a c i s u s e d b e f o r e t h e c o n v e r t e r t o r e d u c e t h e s u p p l y v o l t a g e . V d c , r e c t i f i e r V L L , v a r i a c O u t p u t = 1 . 3 5 F o r s i n u s o i d a l P W M 4 6 0 V L L , v a r i a c O u t p u t = 1 . 3 5 = 3 4 1 V V . . . . 3 4 1 a n a c t a p p m g p o s i t w n = - = 8 5 . 2 5 % 4 0 0 F o r s i x - s t e p P W M 3 1 0 V L L , v a r i a c O u t p u t = 1 . 3 5 = 2 3 0 V V . . . . 2 3 0 0 / a n a c t a p p m g p o s i t i O n = - = 5 7 . 5 ; o 4 0 0 r c r a t e d c u r r e n t o f t h e m o t o r i s c a l c u l a t e d f r o m t h e o t h e r n a m e p l a t e p a r a m e t e r s o f c 1 1 e m o t o r . 3 7 0 ! r a t e d = J 3 X 2 4 0 x 0 . 7 6 = 1 . 1 7 A T a k i n g t h e s t a r t i n g c u r r e n t o f a b o u t 6~9 t i m e s t h e r a t e d c u r r e n t I s t a r t i n g , m a x = 7 . 0 3 A 2 . 5 F r e q u e n c y S e l e c t i o n A c c o r d i n g t o t h e n a m e p l a t e d a t a , t h e m a x i m u m s u p p l y f r e q u e n c y t h a t c a n h e a p p l i e d t o t h e m o t o r i s 5 0 H z . T o i m p l e m e n t t h e v / f c o n t r o l , 5 t o 5 0 H z f r e q u e n c y r a n g e i s b e i n g u s e d . I n s w i t c h i n g f r e q u e n c y s e l e c t i o n , d u e t o t h e r e l a t i v e e a s e i n f i l t e r i n g h a r m o n i c v o l t a g e s a t h i g h f r e q u e n c i e s , i t i s d e s i r a b l e t o u s e a s h i g h a s w i t c h i n g f r e q u e n c i e s a s p o s s i b l e e x p e c t f o r o n e d r a w b a c k . I t i s s w i t c h i n g l o s s e s i n t h e i n v e r t e r s w i t c h e s i n c r e a s e p r o p o r t i o n a l l y w i t h t h e s w i t c h i n g f r e q u e n c y f , . T h e r e f o r e , i n m o s t a p p l i c a t i o n s , t h e s w i t c h i n g f r e q u e n c y i s s e l e c t e d t o b e e i t h e r l e s s t h a n 6 k H z o r g r e a t e r t h a n 2 0 k H z t o a b o v e t h e a u d i b l e r a n g e . I f t h e o p t i m u m f r e q u e n c y t u r n s o u t t o b e s o m e w h e r e i n t h e 6 - 2 0 k H z r a n g e , t h e n t h e d i s a d v a n t a g e o f n o a u d i b l e r a n g e , t h e n t h e d i s a d v a n t a g e s o f i n c r e a s i n g i t t o 2 0 k H z a r e o f t e n o u t w e i g h e d b y t h e a d v a n t a g e o f 8 n o a u d i b l e n o i s e w i t h o f 2 0 k H z o r g r e a t e r . T h e r e f o r e , i n 5 0 H z t y p e a p p l i c a t i o n s . t h e f u n d a m e n t a l f r e q u e n c y o f t h e i n v e r t e r o u t p u t m a y b e r e q u i r e d t o b e a s h i g h a s 2 0 0 l - I z . I n o u r c a s e , 2 k H z s w i t c h i n g f r e q u e n c y w a s u s e d . 2 . 6 C o m p o n e n t S e l e c t i o n 2 . 6 . 1 . S e l e c t i o n o f I G B T M o d u l e W h e n u s i n g I G B T m o d u l e s , i t i s i m p o r t a n t t o s e l e c t m o d e l s w h i c h h a v e t h e v o l t a g e a n d c u r r e n t r a t i n g s m o s t s u i t e d f o r t h e i n t e n d e d a p p l i c a t i o n . I n t h e s e l e c t i o n o f I G B T m o d u l e , a l l s i x I G B T s a n d t h e c o n v e r t e r c i r c u i t s a r e c o n s i d e r e d . T h a t i s a n N s e r i e s I G B T m o d u l e w h e r e a l l a r e i n b u i l t . T h e n e w p a c k a g e d e s i g n h a s t h e c o n n e c t i o n t e r m i n a l s m o l d e d t o g e t h e r w i t h t h e c a s i n g , t h e r e b y r e d u c i n g n o t o n l y t h e n u m b e r o f p a r t s n e e d e d f o r a s s e m b l y b u t a l s o t h e i n t e r n a l w i r i n g i n d u c t a n c e . F i g u r e 2 . 0 3 : E n c a p s u l a t e d I G B T M o d u l e ( 7 M B R / 5 N F / 2 0 ) V o l t a g e r a t i n g A n I G B T m u s t h a v e a v o l t a g e r a t i n g t h a t i s s u i t a b l e f o r d e a l i n g w i t h t h e i n p u t v o l t a g e o f t h e u n i t i n w h i c h i t w i l l b e i n s t a l l e d . T h e v o l t a g e r a t i n g o f a n I G B T m o d u l e m u s t b e s e l e c t e d b y c o n s i d e r i n g t h e i n p u t v o l t a g e t o t h e I G B T . T h i s I G B T m o d u l e t 1 a s 1 2 0 0 V c o l l e c t o r t o e m i t t e r a n d ± 2 0 V a c r o s s g a t e t o e m i t t e r . C u r r e n t r a t i n g A n i n c r e a s e i n t h e I G B T m o d u l e ' s c o l l e c t o r c u r r e n t w i l l c a u s e a r i s e i n t h e V : e ( s a t ) a n d t h e s t a t i c p o w e r d i s s i p a t i o n l o s s . A t t h e s a m e t i m e t h e s w i t c h i n g l o s s w i l l g r o w , a n d a s a r e s u l t t h e m o d u l e ' s t e m p e r a t u r e w i l l r i s e . D e s p i t e t h e h e a t g e n e r a t e d b y t h e s t a t i c l o s s a n d s w i t c h i n g l o s s , t h e e l e m e n t s s w i t c h i n g t e m p e r a t u r e s h o u l d b e m a i n t a i n e d b e l o w 1 5 0 d e g r e e C e l s i u s . O u r I G B T m o d u l e i s s e l e c t e d b y k e e p i n g t h e c o l l e c t o r c u r r e n t a t o r b e l o w t h e m a x i m u m r a t i n g f o r t h e r e a s o n s , s i n c e t h i s a l s o r e d u c e s o p e r a t i o n c o s t s . T h i s I G B T m o d u l e h a s 1 5 A c o l l e c t o r t o e m i t t e r c u r r e n t . 2 . 6 . 2 . C o n v e r t e r S e l e c t i o n T h e c o n v e r t e r a l s o i s i n b u i l t i n s i d e 7 M B R 1 5 N F 1 2 0 . A t h r e e p h a s e r e c t i f i e r i n c l u d e d i n t h i s r e c t i f i c a t i o n . T h e t e r m i n a l s a r e m o l d e d t o g e t h e r w i t h t h e c a s i n g . 9 C o n v e r : e r p P~ B . · 8 k e l r v c r : e r , - , ' . . ) , , ~- F \ · V O ~ - · f s - ' . > r • · · 6 C " t . : 7 ' - G t - - · · t~ - - , I 1 · . . . . s l ; I ' t · · - ~-: . . . . . . . . . . - ~--- . . . . . · ' : · ' N l . _ . E~ · : · ~ u : ) 8 . G x ~-Li-~ <~ G v I . •-.._~ • < I L . : : . . . . ( ) . v : : f ( J · G y I • ! ; - - . . . . '\LU~ b : ' : w · - l . : . . 'j~, V i · - - · . . . : j : J c:~z .Jc~: ~ ~: . - , J . , . ' · J L ' , . i:~),er c u - - e r : L i n 1 i t - , · ; 1 c i · c , _ . : : - F i g u r e 2 . 0 4 : I n t e r n a l d i a g r a m o f 7 M B R / 5 N F 1 2 0 I G B T M o d u l e 2 . 6 . 3 . O b j e c t O r i e n t e d P I C ( O O P i c ) 1 1 ' ~--' ~ A n e w m i c r o c o n t r o l l e r c a l l e d O b j e c t O r i e n t e d P I C ( O O P i c ) i s u s e d t o p r o d u c e t h e s i x s t e p w a v e f o r m s . T h i s m o d u l e c a n b e p r o g r a m m e d u s i n g o b j e c t o r i e n t a t i o n c o n c e p t t h a t i s ; a l l t h e m e t h o d s o r p a r a m e t e r s h a v e t o b e a c c e s s e d t h r o u g h o b j e c t s . T h e r e a r e p r e p r o g r a m m e d m u l t i t a s k i n g O b j e c t s i n t h e l i b r a r y o f h i g h l y o p t i m i z e d O b j e c t s t o d o a l l t h e w o r k o f i n t e r a c t i n g w i t h t h e h a r d w a r e . T h e p r o g r a m c a n b e \ \ T i t t e n i n B a s i c , C , o r J a v a s y n t a x s t y l e s t o c o n t r o l t h e O b j e c t s . D u r i n g o p e r a t i o n , t h e O b j e c t s r u n c o n t i n u o u s l y a n d s i m u l t a n e o u s l y i n t h e b a c k g r o u n d w h i l e t h e s c r i p t s r u n i n t h e f o r e g r o u n d t e l l i n g t h e o b j e c t s w h a t t o d o . A n o t h e r u n i q u e f e a t u r e o f O O P i c i s t h e V i r t u a l C i r c u i t s c a p a b i l i t y . T h e s e a r e s o f t w a r e e q u i v a l e n c e o f a n e l e c t r o n i c c i r c u i t c o n n e c t i n g t o g e t h e r O b j e c t s i n v a r i o u s w a y s . T h i s a l l o w s t h e O b j e c t s t o p a s s d a t a t o e a c h o t h e r i n t h e b a c k g r o u n d , n o t t a k i n g m u c h p r o c e s s i n g p o w e r f r o m t h e m i c r o c o n t r o l l e r . F i g u r e 2 . 0 5 : O O P i c H a r d w a r e M o d u l e • e c N e t w o r k c o m p a t i b l e • C o m p a c t s i z e • S e p a r a t e I / 0 p i n s t o d r i v e L C D d i s p l a y s • C a n b e e a s i l y p r o g r a m m e d u s i n g S e r i a l o r P a r a l l e l p o r t • A P o w e r G o o d L E D t o s h o w t h e s t a t u s o f t h e E E P R O M c l o c k • M u l t i p l e p o w e r o u t p u t s a v a i l a b l e f o r d i f f e r e n t t y p e s o f s e n s o r s • E x t e r n a l E E P R O M c a n b e c o n n e c t e d 1 0 2 . 6 . 4 . 1 6 F 7 6 7 M i c r o c o n t r o l l e r \ I C L R ' V ; - ; - : ' R E 3 . . R A O ! A : " J O - - - - - 2 R A ' / A 0 : ' _ . 3 P . . A . 2 : A . N 2 ! V k - - i C V K c : f - - 4 R A 3 . ' A f , J 3 i \ i R E F - - - - - - - - . - 5 " \ / ' A / T J : : : : i ' : I . ' C 1 O l . T - 6 R , t . , 5 : A f \ J O : . ' _ ' / C I N : S S : C : ' O L - : -~ T vs~::-------.. 8 O S C 1 i : L r < l R A 7 . . . . . 9 0 . 3 C 2 / C L K O i R A 6 _ _ _ _ . . 1 0 R C O : T I C S O . ' T ' C < I - 1 1 P , C 1 . T 1 0 S I ! : : C P 2 l 1 ) - - - - 1 2 R : : 2 . : c c p - - 1 3 R C 2 / S G : ! S C L _ _ _ _ _ _ _ . . 1 4 · . . . . . _ . / . . . . . C D t : : . . . . . M t - L L C D ~ ( . ) 0 . . . , . _ _ _ F 8 7 P G J . . . _ . F : 6 6 . ' P G C . . . . - . F : B 5 . ' A N ' 3 / C C P 3 . . _ . F : B - t ' A W i - - - - - R B 3 i C C P : ' ' - 1 1 · A \ t - R 8 2 i A r ' . J S " " ' . . . f : . B ' ' , i : , i · I ' O - FBl!'I~JT·Arn:: . . . . . . . _ _ _ _ _ _ . \ / : : : : 1 [ . . . . . . . - - - . . . . . \ / : : - s _ _ _ . . R C ? ' . ' P X ' D T _ _ _ . _ F ; C 6 T x - : K . . . . . . _ . . . . F.:CS:'-~DO - - - - R C 4 . : S C J i S D A F i g u r e 2 . 0 6 : P i n d i a g r a m o f P I C 1 6 F 7 6 7 \ 1 a i n F e a t u r e s : • 3 i n b u i l t h a r d w a r e P W M m o d u l e s w i t h 1 O - b i t r e s o l u t i o n • 8 K f l a s h p r o g r a m m e m o r y • 1 6 I n t e r r u p t s • 2 0 M H z O p e r a t i n g f r e q u e n c y ( O s c i l l a t o r ) • 3 T i m e r s - T i m e r O , T i m e r l , T i m e r 2 • 1 1 A n a l o g t o d i g i t a l c o n v e r s i o n m o d u l e s w i t h 1 O - b i t r e s o l u t i o n • 2 8 p i n D I P c o n f i g u r a t i o n S p e c i a l P e r i p h e r a l F e a t u r e s : • T w o 8 - b i t T i m e r s w i t h P r e s c a l e r • 1 6 - b i t t i m e r / c o u n t e r w i t h P r e s c a l e r • T h r e e C a p t u r e , C o m p a r e , P W M m o d u l e s : C a p t u r e i s 1 6 - b i t , m a x . R e s o l u t i o n i s 1 2 . 5 n s C o m p a r e i s 1 6 - b i t , m a x . R e s o l u t i o n i s 2 0 0 n s P W M m a x . R e s o l u t i o n i s 1 0 b i t s • P o w e r - o n R e s e t ( P O R ) , P o w e r - u p T i m e r ( P W R T ) a n d O s c i l l a t o r S t a r t - u p T i m e r ( O S T ) • P r o g r a m m a b l e C o d e P r o t e c t i o n • I n - C i r c u i t S e r i a l P r o g r a m m i n g ( I C S P ) v i a t w o p i n s 2 . 6 . 5 . I R 2 1 0 9 4 I C T h e g a t e d r i v e I C i s a p r o d u c t o f I R p a r t n a m e d I R 2 1 0 9 4 w h i c h i s a h i g h s p e e d a n d h i g h v o l t a g e I G B T d r i v e r w i t h s i n g l e i n p u t c o n t r o l s i g n a l s . l u r e s '~~ F l u a t i n g c h a n n e l d e s i g n e d C o r b o o t s t r a p o p e r a t i o n F u l l y o p e r a t i o n a l t o + 6 0 0 V ( V , , n s e t ) ~' ( i a t c d r i \ c s u p p l y r a n g e f r o m I 0 t o 2 0 V ( Y o u t ) < i J l l n c l c r Y o l t a g c l o c k o u t f o r b o t h c h a n n e l s .l.~V. 5 V a n d 1 5 V i n p u t l o g i c c o m p a t i b l e S h u t d c l \ \ n i n p u t t u r n s n i T b o t h c h a n n e l s 1 1 ® I n t e r n a l 5 4 0 n s d e a d - t i m e . a n d p r o g r a m m a b l e u p t o 5 u s w i t h o t k · c~·:knt~d J ( U I r e s i s t o r . . . . . c c i N ~=; [ : T • , ; . - . , - , : : : : ; . r . ; L · : : " · . : : . ! _ e . : - : . 1 j c : : • c l i = ' F i g u r e 2 . 0 7 : P i n d i a g r a m o f I R 2 1 0 9 4 2 . 7 H e a t S i n k D e s i g n W h e n t h e p o w e r d e v i c e s s u c h a s I G B T a r e i n o p e r a t i o n i t p r o d u c e s t h e t e m p e r a t u r e a t t h e j u n c t i o n . T h e r e f o r e t h e I G B T j u n c t i o n t e m p e r a t u r e m u s t b e w i t h i n t h e a c c e p t a b l e l i m i t . T h e r e f o r e t o d e s i g n a b e t t e r c o o l i n g s y s t e m w e n e e d t o c a l c u l a t e t h e p o w e r l o s s i n t h e I G B T m o d u l e . T h e r e f o r e w e n e e d t o r e m o v e t h e h e a t d i s s i p a t e d o n t h e I G B T m o d u l e a s e f f i c i e n t l y a s p o s s i b l e . O t h e r w i s e t h e I G B T m o d u l e h e a t e d u p t o a h i g h t e m p e r a t u r e . T h e r e f o r e t o a v o i d s u c h a b n o r m a l s i t u a t i o n w e n e e d t o a s s e m b l e a h e a t s i n k w i t h t h e p r o p e r v a l u e . T h e r e f o r e t h e s e l e c t i o n o f t h e h e a t s i n k i s v e r y i m p o r t a n t . T h e p o w e r l o s s c a l c u l a t i o n i s g i v e n b e l o w . T o t a l p o v v e r l o s s o f I G B T n - . o d u l e ( P t o t a l ) T r a n s i s t o r l o s s ( P - r r ) F \ A I D l o s s ( P F V V D ) { S t e a d y s t a t e l o s s ( P s a t ) { T u r n - o n l o s s ( P o n ) S \ N i t c h i n g l o s s ( P s v v ) T u r n - o f f l o s s ( P o f l ) { S t e a d y s t a t e l o s s ( P F ) S \ N i t c h i n g ( r e v e r s e r e c o v e r y ) l o s s ( P r r ) ! G l 3 T p o w e r d i s s i p a t i o n l o s s ( W ) l o s s = S t e a d y s t a t e l o s s + T u r n - o n l o s s + T u r n - o f f F W D P o w e r D i s s i p a t i o n l o s s ( W ) S t e a d y P o w e r = [ t l / t 2 * V c e ( s a t ) * I c ] + [ f c * ( E o n + E o f f ) ] D i s s i p a t i o n L o s s ( W ) + R e v e r s e R e c o v e r y L o s s = [ ( l - ( t l / t 2 ) ) * I F * V F ] + [ f c * E r r ] 1 2 IF~:~ ! I l l l J ~- O A J D D _ _ L _ _ _ t t l 1 J D C a r r i e r f r e q u e n c y ( f c ) = i / l 2 [ H . - : : ] I G B T o n d u t y - - . t 1 / t 2 F W D o n d u t y = ( 1 - ( ! 1 / t 2 ) ) F i g u r e 2 . 0 8 : D u t y C y c l e s i n o n e l e g t w o / G E T s A s t h e m a x i m u m a l l o w a b l e j u n c t i o n t e m p e r a t u r e o f a n I G B T m o d u l e i s f i x e d , , 1 1 a p p r o p r i a t e h e a t s i n k m u s t b e d e s i g n e d t o k e e p i t a t o r b e l o w t h i s v a l u e . W h e n , k : - , i g n i n g a p p r o p r i a t e c o o l i n g , f i r s t c a l c u l a t e t h e l o s s o f a s i n g l e I G B T m o d u l e t h e n 1 1 a s c d o n t h a t l o s s , s e l e c t a h e a t s i n k t h a t w i l l k e e p t h e j u n c t i o n t e m p e r a t u r e w i t h i n t h e , \ . ' q u i r e d l i m i t s . I f t h e I G B T m o d u l e i s n o t s u f f i c i e n t l y c o o l e d , t h e j u n c t i o n t e m p e r a t u r e m a y , ·~cecd t h e j u n c t i o n t e m p e r a t u r e d u r i n g o p e r a t i o n a n d d e s t r o y t h e m o d u l e . A c c o r d i n g t o t h e a b o v e t w o e q u a t i o n t h e v a l u e s o f t h e v a r i a b l e s h a v e f o u n d , \ h i c h i s g i v e n b e l o w . - = 0 . 9 , f c = 2 k H z , V e e = 3 . 3 V , l c = l O A , l t = l . S V , . 1 . 0 m j / : ' ' ' = c y c l e l r = S A l . B m j E a r r = c y c l e 0 . 7 5 m j E r r = c y c l e I , , 1 1 = 1 . 0 m J I c y c l e E o t T = 1 . 8 m J I c y c l e E r r = 0 . 7 5 m J I c y c l e I h e I G B T p o w e r d i s s i p a t i o n l o s s = 0 . 9 x 3 . 3 x 1 0 + 2 x 1 0 0 0 x ( 1 . 0 + 1 . 8 ) x 0 . 0 0 1 = 3 5 . 3 W I W D p o w e r d i s s i p a t i o n l o s s I h e t o t a l p o w e r l o s s = 0 . 1 x l . 5 x 5 + 2 x l 0 0 0 x 0 . 7 5 x 0 . 0 0 1 = 2 . 2 5 = 3 5 . 3 + 2 . 2 5 = 3 7 . 5 5 l h e t h e r m a l r e s i s t a n c e b e t w e e n t h e h e a t s i n k a n d t h e a m b i e n t a i r w i l l b e c a l c u l a t e d a s l · u l l o w s . I i = \ V ( R t h ( j - c ) + R t h ( c - f ) + R t h ( f - a ) ) + T a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( A ) - M a x i m u m j u n c t i o n t e m p e r a t u r e ( 1 2 5 ° C ) \ \ - T o t a l p o w e r l o s s ( 8 8 . 4 W ) 1 3 R1 1 1 ( j - c ) - T h e r m a l r e s i s t a n c e b e t w e e n j u n c t i o n a n d c a s e ( 1 . 0 4 ° C / W ) R 1 1 , ( c - t ) - T h e r m a l r e s i s t a n c e b e t w e e n c a s e a n d t h e h e a t s i n k ( 0 . 0 5 ° C / W ) R 1 1 , ( f - a ) - T h e r m a l r e s i s t a n c e b e t w e e n t h e h e a t s i n k a n d a m b i e n t a i r l a - A m b i e n t t e m p e r a t u r e ( 2 5 ° C ) \ c c o r d i n g t o t h e e q u a t i o n ( A ) , 1 2 5 = 3 7 . 5 5 ( 1 . 0 4 + 0 . 0 5 + R t h , h e a t s i n k ) + 2 5 l ' h e r e b y , R t h . h e a t s i n k = 1 . 5 7 o C / W 2 . 8 S y s t e m B l o c k d i a g r a m P I C 1 6 F 7 6 7 L 1 [ S u p p l y D r i v e r c i r c u i t C o n t r o l S i g n a l s 3 r p C o n v e r t e r I G B T I n v e r t e r V . f O O P i c / 1 1 1 c o n t r o l l e d 3 r . ; J s u p p l y S p e e d f e e d b a c k F i g u r e 2 . 0 9 : S y s t e m B l o c k d i a g r a m 1 4 3 . I m p l e m e n t a t i o n T h e c o m p l e t e s y s t e m c a n b e d i v i d e d i n t o s i x m a i n s e c t i o n s a s M a i n C o n t r o l C i r c u i t , D r i v e r c i r c u i t , C o n v e r t e r & I n v e r t e r C i r c u i t , P o w e r s u p p l y c i r c u i t , S e n s o r D e s i g n a n d I n t e r f a c e D e s i g n . T h e s e t h i n g s a r e e x p l a i n e d i n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n s . 3 . 1 M a i n C o n t r o l C i r c u i t T h e m a i n c o n t r o l c i r c u i t i s t h e i m p o r t a n t p a r t o f t h e s y s t e m , w h i c h p r o d u c e s t h e c o n t r o l s i g n a l s a c c o r d i n g t o t h e a l g o r i t h m . T h e s e c o n t r o l s i g n a l s a r e u s e d t o S \ Y i t c h O N / O F F t h e 6 I G B T s i n t h e i n v e r t e r . I n t h i s s y s t e m , t h e r e a r e t w o t y p e s o f a l g o r i t h m s i m p l e m e n t e d , o n e i s S i x S t e p a n d t h e o t h e r i s s i n u s o i d a l P W M w i t h V I f c o n t r o l . T o i m p l e m e n t t h e s e , t w o m i c r o c o n t r o l l e r s a r e u s e d . • O O P i c M i c r o c o n t r o l l e r : - T h i s p r o d u c e s t h e S i x S t e p c o n t r o l s i g n a l s , g e t t h e s e n s o r f e e d b a c k a n d D i s p l a y t h e s p e e d o n L C D • P I C 1 6 F 7 6 7 M i c r o c o n t r o l l e r : - T h i s p r o d u c e s t h e s i n u s o i d a l P W M s i g n a l s f o r t h e 3 p h a s e s u s i n g t h e i n b u i l t 3 h a r d w a r e P W M m o d u l e s 3 . 1 . 1 S i x S t e p I n v e r t e r D e s i g n \ 1 A T L A B i m p l e m e n t a t i o n o f S i x S t e p I n v e r t e r D e s i g n \ 1 A T L A B P r o g r a m t = [ 0 : 6 ] ; a = [ 3 , 6 , 3 , - 3 , - 6 , - 3 , 5 ] ; b = [ 3 , - 3 , - 6 , - 3 , 3 , 6 , 3 ] ; c = a - b ; ' I I b p ) o t ( 3 , 1 , 1 ) . , t a i r s ( t , a ) t i t l e ( ' P h a s e a ' ) a x i s ( [ O 7 - 1 0 1 0 ] ) s u b p l o t ( 3 , 1 , 2 ) s t a i r s ( t , b ) t i t l c ( ' P h a s e b ' ) a x i s ( [ O 7 - 1 0 1 0 ] ) s u b p l o t ( 3 , 1 , 3 ) s t a i r s ( t , c ) t i t l e ( ' P h a s e a - b ' ) a x i s ( [ O 7 - 1 0 1 0 ] ) h o l d o n 1 5 \ I A T L A B O u t p u t P h a s e a 1 0 5 0 - 5 - 1 0 " . , 0 1 L , , 4 5 6 P i 1 Z < S e b 1 0 : I ( ) < i 1 0 " 0 1 2 3 4 J l j P h a s e a - b 1 0 5 0 - 5 - 1 0 0 1 2 3 4 5 6 F i g u r e 3 . 0 1 : S i x - s t e p M A T L A B o u t p u t P h y s i c a l D e s i g n T h i s i s a s i m p l e a l g o r i t h m c o m p a r e d t o s i n u s o i d a l P W M t e c h n i q u e . A s t h e r e . t l \ ' s i x s t e p s i n t h e p h a s e v o l t a g e w a v e f o r m , i t i s c a l l e d S i x S t e p I n v e r t e r . • . r - 1 . , - o t o · - A ' - ' , . 1 ~ 7 J . l l j t ~-' j - · . c i · ! J t . , , < t s , - 1 , - • • . A . . , , ' · ' . ~- ' • - w • I - ; ' · . \~,6 I 1 . I _ L - , · ' - t ' s , ~1. 1 t s~ _:I~ t : - ; " · - · - . , I ! • " . F i g u r e 3 . 0 2 : I n v e r t e r w i t h s i x / G B T s w i t c h e s A s s h o w n i n t h e f i g u r e 3 . 0 3 t h e s i x s w i t c h e s ( I G B T s ) o f t h e i n v e r t e r a r e , \ \ i t c h e d i n a w a y s u c h t h a t a r e s u l t a n t s i n u s o i d a l w a v e f o r m i s a p p l i e d a c r o s s t h e · n o t o r w i n d i n g s . F o r t h i s p u r p o s e , t h e t o t a l p e r i o d i s d i v i d e d i n t o s i x e q u a l p e r i o d s . i n , · a c h p e r i o d t w o o n e s i d e d s w i t c h e s & o n e o t h e r s i d e s w i t c h w i l l b e O N . F o r e x a m p l e . ' 1 - S 1 & S 3 a r e O N , S 5 w i l l b e i n O F F s t a t e . T h e c o m p l e t e p a t t e r n i s a s f o l l o w s : 1 6 v < l c I . I v l l c v ( ! c F i g u r e 3 . 0 3 : S i x - s t e p s w i t c h i n g s i g n a l p a t t e m s . \ . 1 . 2 I m p l e m e n t a t i o n o f S i x S t e p A l g o r i t h m i n t h e s y s t e m S i x s t e p a l g o r i t h m i s i m p l e m e n t e d i n O O P i c m i c r o c o n t r o l l e r . O O P i c i s u s e d , h t h e m a i n c o n t r o l l e r . W h e n t h e s i x s t e p m o d e i s s e l e c t e d , O O P i c w i l l p r o d u c e , a r i a b l e f r e q u e n c y s i x s t e p s i g n a l s b a s e d o n t h e p o t e n t i o m e t e r p o s i t i o n . W h e n t h e . . ; t o p k e y i s p r e s s e d , D C b r a k i n g t e c h n i q u e i s u s e d t o s t o p t h e m o t o r . T h i s i s a c h i e v e d ' 1 \ s u p p l y i n g c o n s t a n t D C v o l t a g e t o t w o c o i l s o n l y . T h e m a g n e t i c f i e l d g e n e r a t e d b y ' . h e c o i l w i l l o p p o s e t h e r e v o l u t i o n . A s t h e p o s i t i o n o f t h e p o t e n t i o m e t e r c h a n g e s , i t i s . . : \ l m e r t e d i n t o d i g i t a l u s i n g 8 b i t A I D c o n v e r t e r o f t h e O O P i c m i c r o c o n t r o l l e r . T h i s , l i g i t i z e d v a l u e i s u s e d t o c h a n g e t h e p e r i o d , t h e r e b y t h e p e r i o d o f s i x s t e p s . I n p a r a l l e l \ \ i t h t h i s , O O P i c w i l l p r o c e s s t h e f e e d b a c k s i g n a l c o m i n g f r o m t h e h a l l s e n s o r a n d Ji~play i t i n t h e L C D . W h e n t h e s i n u s o i d a l m o d e i s s e l e c t e d , O O P i c w i l l s e n d a s i g n a l l l , t h e P I C t o a c t i v a t e i t a n d i t c o n t i n u e s t o s e n s e t h e s p e e d a n d d i s p l a y t h e s p e e d . T h e m a i n d i s a d v a n t a g e o f s i x s t e p a l g o r i t h m i s t h a t i t c a n b e u s e d t o c h a n g e t h e o u t p u t f r e q u e n c y o n l y . O u t p u t a m p l i t u d e c a n b e c o n t r o l l e d b y o n l y c h a n g i n g t h e I ) C - l i n k v o l t a g e ( V d e ) . B u t i n s i x s t e p , h a r m o n i c s o f o r d e r t h r e e a n d m u l t i p l e s o f t h r e e . u - c a b s e n t f r o m b o t h t h e l i n e t o l i n e a n d t h e l i n e t o n e u t r a l v o l t a g e s a n d c o n s e q u e n t l y J b s e n t f r o m t h e c u r r e n t s . I n o r d e r t o c o n t r o l t h e o u t p u t v o l t a g e , P W M t e c h n i q u e c a n h e u s e d . A m o n g t h o s e m a n y d i f f e r e n t P W M s w i t c h i n g s c h e m e s . s i n u s o i d a l P W M I L ' c h n i q u e i s t h e m o s t c o m m o n m e t h o d . ~.1.3 P W M T e c h n i q u e s W h i l e t h e 3 c D 6 - s t e p i n v e r t e r o f f e r s s i m p l e c o n t r o l a n d l o w s w i t c h i n g l o s s . I : l \ \ e r o r d e r h a r m o n i c s a r e r e l a t i v e l y h i g h l e a d i n g t o h i g h d i s t o r t i o n o f t h e c u r r e n t \\~we u n l e s s s i g n i f i c a n t f i l t e r i n g i s p e r f o r m e d . P W M i n v e r t e r o f f e r s b e t t e r h a r m o n i c c o n t r o l o f t h e o u t p u t t h a n 6 - s t e p i n v e r t e r . T h e d e i n p u t t o t h e i n v e r t e r i s c h o p p e d b y s w i t c h i n g d e v i c e s i n t h e i n v e r t e r . I h e a m p l i t u d e a n d h a r m o n i c c o n t e n t o f t h e a c w a v e f o r m i s c o n t r o l l e d b y t h e d u t y L y c l e o f t h e s w i t c h e s . V a r i o u s P W M t e c h n i q u e s i n c l u d e : . . / S i n u s o i d a l P W M ( m o s t c o m m o n ) . . / S e l e c t e d H a r m o n i c E l i m i n a t i o n ( S H E ) P W M 1 7 . . / S p a c e - V e c t o r P W M . . / I n s t a n t a n e o u s c u r r e n t c o n t r o l P W M . . / H y s t e r e s i s b a n d c u r r e n t c o n t r o l P W M . . / S i g m a - d e l t a m o d u l a t i o n 3 . 1 . 4 S i n u s o i d a l P W M m e t h o d \ ' 1 A T L A B i m p l e m e n t a t i o n o f S i x S t e p I n v e r t e r D e s i g n : V I A T L A B P r o g r a m n = 9 ; < Y o n = ( c a r r i e r I m o d u l a t i o n ) f r e q u e n c y f c = 5 4 0 ; % c a r r i e r f r e q u e n c y m = O . S ; % m = ( f u n d a m e n t a l p e a k a m p l i t u d e I c a r r i e r p e a k a m p l i t u d e ) < 1 < 1 t p = n l f c % t r i a n g u l a r w a v e p u l s e w a v e l e n g t h i i = [ ] ; t t = ] ] ; v a l = [ ] ; t _ s = ( n l f c ) l n ; % 1 1 9 o f f u n d a m e n t a l l a m d a f o r i = l : n , i i = 1 i i i J ; a = ( 2 * p i * i l n ) ; t = ( 1 - m * s i n ( a ) ) l ( 2 * f c ) ; t = t + t _ s * ( i - 1 ) ; t t = ] t t t ] ; v a l = [ v a l 5 ] ; e x _ t = t _ s * i ; t t = [ t t e x _ t ] ; v a l = [ v a l - 5 ] ; e n d s u b p l o t ( 2 , 1 , 1 ) ; s t a i r s ( t t , v a l ) , a x i s ( [ O 0 . 0 2 - 6 6 ] ) x = 0 : 0 . 1 : 6 5 ; s u h p l o t ( 2 , 1 , 2 ) ; p l o t ( s i n ( x ) ) , a x i s ( [ O 6 5 - 1 1 ] ) 1 8 , · l · i . , ' ; \ 1 A T L A B O u t p u t 6 4 2 0 ' ) " 4 - 6 0 0 0 0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 8 0 0 1 0 0 1 2 0 0 1 4 O O H 3 0 0 1 0 n t P ( l 5 0 - 0 " 5 - I 0 · J O 2 0 3 0 4 0 S J F i g u r e 3 . 0 4 : S i n u s o i d a l P W M m e t h o d M A T L A B o u t p u t P h y s i c a l D e s i g n C 1 0 T h e m o s t c o m m o n P W M a p p r o a c h i s s i n u s o i d a l P W M . H e r e , t h r e e r e f e r e n c e s i n u s o i d a l s i g n a l s w i t h 1 2 0 ° s h i f t e d e a c h o t h e r a r e c o m p a r e d w i t h a t r i a n g u l a r s i g n a l o f h i g h f r e q u e n c y . T h e r e l a t i v e l e v e l s o f t h e t w o w a v e s a r e u s e d t o c o n t r o l t h e - . , \ \ i t c h i n g o f d e v i c e s i n e a c h p h a s e l e g o f t h e i n v e r t e r . A s s h o w n i n f i g u r e 3 . 0 5 , w h e n t h e s i n u s o i d a l s i g n a l i s g r e a t e r t h a n t h e t r i a n g u l a r s i g n a l t h e n t h e u p p e r s w i t c h o f t h e c o r r e s p o n d i n g i n v e r t e r l e g i s s w i t c h e d o n a n d w h e n t h e t r i a n g u l a r i s g r e a t e r t h a n t h e s i n u s o i d a l s i g n a l , t h e l o w e r s w i t c h o r t h e l e g i s t r i g g e r e d . c v w / ' " ' ' ' ' " V~\z0v!V'\·t \ , : : - - r - - - - - - - - F i g u r e 3 . 0 5 : S i n u s o i d a l P W M T e c h n i q u e 9 3 3 5 0 1 9 H e r e , t h e t r i a n g l e w a v e f o r m s w i t c h i n g f r e q u e n c y (j~) i s c a l l e d a s t h e c a r r i e r J 1 · c q u c n c y a n d t h e c o n t r o l s i g n a l f r e q u e n c y i f c ) i s c a l l e d a s m o d u l a t i o n f r e q u e n c y . F r e q u e n c y m o d u l a t i o n r a t i o , m r = j~ I j~. A m p l i t u d e m o d u l a t i o n r a t i o , r n a = V c I Y t r i l m p o r t a n t c o n s i d e r a t i o n s : . . / N o r m a l l y r n a < 1 . . / S w i t c h i n g l o s s e s a r e h i g h a t h i g h s w i t c h i n g f r e q u e n c i e s . . / S w i t c h i n g f r e q u e n c y s h o u l d b e k e p t l e s s t h a n 6 k H z o r g r e a t e r t h a n 2 0 k H z . . / I f m r < 2 1 , A s y n c h r o n o u s P W M s h o u l d b e a v o i d e d . T h a t m e a n s , t h e v a l u e o f m r s h o u l d b e a n o d d i n t e g e r . . . / I f m r > 2 1 , A s y n c h r o n o u s P W M c a n b e i m p l e m e n t e d , b u t s h o u l d b e a v o i d e d a t l o w e r f r e q u e n c i e s . . . / O v e r - m o d u l a t i o n ( r n a > 1 ) g i v e s h i g h e r o u t p u t v o l t a g e , b u t c a u s e s t h e o u t p u t v o l t a g e t o c o n t a i n m a n y m o r e h a r m o n i c s i n t h e s i d e b a n d s a s c o m p a r e d w i t h t h e l i n e a r r a n g e ( m a < 1 ) 3 . 1 . 5 I m p l e m e n t a t i o n o f s i n u s o i d a l P W M i n t h e s y s t e m P I C 1 6 F 7 6 7 w a s s e l e c t e d a s t h e m i c r o c o n t r o l l e r f o r t h e p u r p o s e o f i m p l e m e n t i n g t h e s i n u s o i d a l P W M t e c h n i q u e i n t h e s y s t e m . T h i s m i c r o c o n t r o l l e r h a s ~ P \ V M m o d u l e s w h i c h c a n i s s u e P W M s i g n a l s , w h e r e t h e d u t y c y c l e c a n b e c h a n g e d . l h o s e 3 P W M s i g n a l a r e u s e d t o s e n d t h e s w i t c h i n g s i g n a l s t o I G B T i n v e r t e r . T h e c o n t r o l p r o g r a m w a s w r i t t e n b y M i k r o C , i n w h i c h a l l t h e p o w e r a n d l l e x i b i l i t y p r o v i d e d b y A N S I C , a c c o m p a n i e d w i t h t h e m o s t a d v a n c e d I D E o n L h e m a r k e t . T h e s o u r c e c o d e o f t h e P W M c o n t r o l l e r i s a v a i l a b l e i n t h e A n n e x u r e . 2 0 0 8 / 0 5 / 2 3 2 1 : 1 6 : 4 6 o 0 ' o k N o m a 1 Y O K O G A W A + 1 J 1 0 k S / S 1 0 0 M S / d i • • I « M a i n ; ! O k » I C H 1 1 0 : 1 ~r"'r"illlii~,.,I"''MI"'1MMi'"l~l"' ~w"'~~~~tt~~wt" 2 . 0 0 U / d i \ ' D C F u l l E d g e C H 1 S A L L t O 0 . 1 8 v S E T I J P I I I I r I I ; J I I I I n i t i a l A u t o S t o r e U n d o U n d o - i z e s e t u p R e c a l l -~~;!!ial ~~~~P- F i g u r e 3 . 0 6 : O s c i l l o s c o p e I m a g e f o r S i n u s o i d a l P W M 3 . 1 . 6 C o n t r o l A l g o r i t h m o f s i n u s o i d a l P W M T h e c o n t r o l s i g n a l s a r e p r o d u c e d u s i n g t h e t h r e e 1 O - b i t P W M m o d u l e s i n b u i l t 1 1 1 t h e 1 6 F 7 6 7 m i c r o c o n t r o l l e r . T h e d u t y c y c l e o f e a c h P W M m o d u l e i s v a r i e d i n d i v i d u a l l y t o g e n e r a t e a 3 - p h a s e A C w a v e f o r m . A s s h o w n i n t h e f i g u r e 3 . 0 7 . t h r e e o f f s e t v a r i a b l e s a r e u s e d t o g e t a 1 2 0 ° p h a s e s h i f t . S i n e w a v e f o r m i s p r o d u c e d b y 2 0 a c c e s s i n g a s i n e t a b l e s t o r e d i n a n a r r a y . S i n e t a b l e i s m a d e f o r a n g l e s 9 0 ° t o 2 7 0 ° . T h e s e v a l u e s a r e r e p e a t e d l y a c c e s s e d t o g e t t h e s i n e v a l u e s o f o t h e r a n g l e s . f o r e x a m p l e , t h e v a l u e f o r 0 ° i s s a m e a s t h e v a l u e o f 1 8 0 ° a n d t h e v a l u e f o r 5 0 ° i s s a m e a s t h e v a l u e o f 1 3 0 ° . b 1 2 0 " 1 . 0 ~~----~4-~----~~-~----~~~----~?-~~~ 0 , 5 0 a - 0 , 5 i - I . 0 L _ _ _ _ 2 . . . - · _ ! _ S i n e T a b l e V a l u e + O f f s e t 1 S i n e T a b l e V a l u e + O f f s e t 3 S i n e T a b l e V a l u e + O f f s e t 2 F i g u r e 3 . 0 7 : T h r e e p h a s e i m p l e m e n t a t i o n S y n t h e s i s T h e m i c r o c o n t r o l l e r u s e s t h e s p e e d c h a n g e p o t e n t i o m e t e r ' s A n a l o g t o D i g i t a l c o n v e r t e d r e s u l t s t o c a l c u l a t e t h e P W M d u t y c y c l e a n d t h u s , t h e f r e q u e n c y a n d t h e a m p l i t u d e o f t h e s u p p l y t o t h e m o t o r . V o l t a g e l e v e l i s c h a n g e d b y c h a n g i n g t h e d u t y c y c l e v a l u e o n l y . T h a t m e a n s , w h e n t h e d u t y c y c l e i s h i g h , t h e r e s u l t a n t d e v o l t a g e i s h i g h . W h e n t h e d u t y c y c l e i s s e t t o h a l f v a l u e , t h e o u t p u t w i l l b e h a l f o f t h e s u p p l y . T h e u p p e r e i g h t b i t s o f t h e P W M ' s d u t y c y c l e i s s e t u s i n g t h e r e g i s t e r C C P R x L , w h i l e t h e l o w e r t w o b i t s a r e s e t i n b i t s 4 a n d 5 o f t h e C C P x C O N r e g i s t e r . T h e P W M f i - e q u e n c y i s s e t u s i n g t h e T i m e r 2 P e r i o d r e g i s t e r ( P R 2 ) . S i n c e a l l o f t h e P W M s u s e T i m e r 2 a s t h e i r t i m e b a s e f o r s e t t i n g t h e s w i t c h i n g f r e q u e n c y a n d d u t y c y c l e , a l l v v i l l h a v e t h e s a m e s w i t c h i n g f r e q u e n c y . T i m e r 1 i s u s e d t o c h a n g e t h e f r e q u e n c y o f t h e P W M o u t p u t . T i m e r l i s a 1 6 - b i t h a r d w a r e m o d u l e a v a i l a b l e i n t h e P I C 1 6 F 7 6 7 . B y c h a n g i n g t h e T i m e r ] r e l o a d v a l u e , t h e f r e q u e n c y i s c h a n g e d . T h e T i m e r 1 r e l o a d v a l u e i s b a s e d o n t h e p o t e n t i o m e t e r ' s \ D C r e s u l t , t h e m a i n c l o c k f r e q u e n c y ( F o s c ) a n d t h e n u m b e r o f s i n e t a b l e e n t r i e s . T h e r e a r e 1 9 v a l u e s s t o r e d f o r t h e h a l f c y c l e . S o a l t o g e t h e r t h e r e a r e 3 6 s a m p l e s f o r o n e c y c l e . A s e x p l a i n e d e a r l i e r , 1 2 0 ° p h a s e s h i f t i s a c h i e v e d t h r o u g h a c c e s s i n g t h r e e o f f s e t r e g i s t e r s , w h e r e e a c h o f t h e s e r e g i s t e r s w i l l p o i n t t o o n e o f t h e v a l u e s i n t h e t a b l e . T h e s e o f f s e t s w i l l b e u p d a t e d i n a w a y t o g e t a s i n u s o i d a l w a v e f o r m , a f t e r e a c h T i m c r l o v e r f l o w . T h e T i m e r l o v e r f l o w i s s e t a s a n i n t e r r u p t f o r t h e m i c r o c o n t r o l l c r . I n a d d i t i o n t o t h a t , t h e r e w i l l b e a n i n t e r r u p t w h e n t h e A D C i s c o m p l e t e d . A f t e r e v e r y T i m e r l o v e r f l o w , t h e P W M d u t y c y c l e s a r e u p d a t e d b a s e d o n t h e p o t e n t i o m e t e r s e t t i n g & s i n e t a b l e v a l u e . T h e n t h e o f f s e t v a l u e s a r e u p d a t e d i n o r d e r t o g e t a s i n e w a v e f o r m . T h e s i n e t a b l e v a l u e i s m u l t i p l i e d w i t h t h e f r e q u e n c y i n p u t t o 2 1 f i n d t h e P W M d u t y c y c l e a n d i s l o a d e d t o t h e c o r r e s p o n d i n g P W M d u t y c y c l e r e g i s t e r . S u b s e q u e n t l y , t h e o f f s e t r e g i s t e r s a r e u p d a t e d f o r n e x t a c c e s s . A f t e r u p d a t i n g t h e d u t y c y c l e a n d t h e o f f s e t v a l u e s , A D C r e s u l t s a r e p r o c e s s e d . W h e n t h e c o n v e r s i o n i s c o m p l e t e d , t h e r e w i l l b e a n i n t e r r u p t c r e a t e d . W h e n a n A / D i n t e r r u p t o c c u r s , t h e n e w f r e q u e n c y s e t t i n g o f p o t i s c h e c k e d w i t h t h e o l d e r v a l u e . I f t h o s e t w o a r e d i f f e r e n t , t h e n e w v a l u e i s u s e d t o c a l c u l a t e t h e c u r r e n t f r e q u e n c y . A l s o t h e t i m e s t e p r e q u i r e d f o r u n i t c h a n g e i s c a l c u l a t e d a c c o r d i n g t o t h e a c c e l e r a t i o n I d e c e l e r a t i o n t i m e . T h e n t h e T i m e r l r e l o a d v a l u e i s c a l c u l a t e d b a s e d o n t h e p o t s e t t i n g . F i n a l l y R u n I S t o p k e y & F o r w a r d I R e v e r s e k e y a r c c h e c k e d f o r c h a n g e i n p o s i t i o n . I f t h e s t o p k e y i s p r e s s e d , D C b r a k i n g t e c h n i q u e i s u s e d . T h a t i s , o n l y t w o c o i l s w i l l b e O N w i t h c o n s t a n t D C v o l t a g e . T h e m a g n e t i c f i e l d g e n e r a t e d b y t h e c o i l \ \ i l l t r y t o b r a k e t h e s h a f t i n e a c h r e v o l u t i o n . I f t h e m o t o r d i r e c t i o n k e y i s p r e s s e d , f i r s t t h e m o t o r w i l l b e s t o p p e d & t h e n P W M l , P W M 2 a n d P W M 3 d u t y c y c l e v a l u e s \ \ i l l b e l o a d e d t o P W M 2 , P W M l a n d P W M 3 d u t y c y c l e r e g i s t e r s r e s p e c t i v e l y . T h i s i s s o m e w h a t s i m i l a r t o i n t e r c h a n g i n g t h e A C i n p u t l i n e s o f t h e m o t o r . T h e d u t y c y c l e w i l l r e m a i n t h e s a m e u n t i l t h e n e x t T i m e r ! o v e r f l o w o c c u r s , a s s h o w n i n F i ; . ; u r e 3 . ( ) 8 . T h e f r e q u e n c y o f t h e n e w P W M d u t y c y c l e u p d a t e d e t e r m i n e s t h e m o t o r f r e q u e n c y a n d t h e v a l u e l o a d e d i n t h e d u t y c y c l e r e g i s t e r d e t e r m i n e s t h e a m p l i t u d e o f t h e m o t o r s u p p l y . : ' : " - -~ ~ ' - : - : - ' ! " : ' : ; : - " · " : " : " : -~!_ ' : ' " : ' ~ ~ ~ ~ = \ ~ T i m e r l I n t e r r u p t T i m e r 2 I n t e r r u p t F i g u r e 3 . 0 8 : D u t y c y c l e c h a n g e w i t h T i m e r I P W M D u t y C y c l e = F r e q u e n c y S e t t i n g o f t h e p o t x S i n e t a b l e v a l u e R e a d T i m e r l R e l o a d V a l u e = F F F F h - 2 x - - - - ; r - ( F o r r ) s i n e S a m p l e p e r C y c l e x T i m e r l P r e s c a l e r x V a l u e o f A N l 3 . 1 . 7 A c c e l e r a t i o n a n d D e c e l e r a t i o n A c c e l e r a t i o n a n d d e c e l e r a t i o n t i m e c a n b e c h a n g e d i n t h e p r o g r a m . C u r r e n t l y i t i s s e t t o 3 s . T h e c u r r e n t m o t o r f r e q u e n c y a n d t h e r e q u i r e d u s e r f r e q u e n c y w h i c h i s s e t t h r o u g h t h e p o t e n t i o m e t e r a r e c o m p a r e d . I f t h e s e t w o a r e d i f f e r e n t , t h e n t h e c u r r e n t J ' r e q u e n c y i s c h a n g e d s t e p b y s t e p u n t i l i t r e a c h e s t h e n e w f r e q u e n c y . T h e t i m e t o 2 2 c h a n g e t h e c u r r e n t f r e q u e n c y b y o n e s t e p i s c a l c u l a t e d i n s o f t w a r e , d e p e n d i n g u p o n t h e d i f f e r e n c e a n d t h e a c c e l e r a t i o n a n d d e c e l e r a t i o n p a r a m e t e r s i n t h e p r o g r a m . 3 . 1 . 8 P r o g r a m F l o w c h a r t ~No- _ _ _ _ _ _ _ y _ _ _ I C a l c u l a t e t i m e s t e p 1 f o r A c e / D e c _ j r - - l S t a r t _ ) - - = - 1 Pa~ameter lnitiali~ati0] C h e c k T i m e r 1 O v e r f l o w N o , . I -~ I R e a d A D C R e s u l t ~­ L _ _ C h e c k C u r r e n t F r e q = N e w F r e q --~~~l~te T i m e r 1 } i R e l o a d v a l u e L _ _ _ _ _ _ _ • ' I ! _ _ t ( R E T U R D Y e s - - { R e a d S i n e T~ble I ~- _ L - l~date D u t y c y c l e • --~--- l u _ _ I _ _ _ - - p d a t e Tabi~ ' - O f f s e t s --~ i Y e s F i g u r e 3 . 0 9 : P r o g r a m F l o w c h a r t 2 3 3 . 2 D r i v e r C i r c u i t o f I G B T M o d u l e 3 . 2 . 1 I n t r o d u c t i o n I t i s i m p o r t a n t t h a t d r i v e c i r c u i t d e s i g n i s c l o s e l y l i n k e d t o t h e p r o t e c t i o n c i r c u i t d e s i g n s u c h a s , • O v e r c u n · e n t p r o t e c t i o n • O v e r v o l t a g e p r o t e c t i o n • P r o v i d e e l e c t r i c a l i s o l a t i o n T h e d e s i g n o f t h e d r i v e c i r c u i t u l t i m a t e l y d e t e r m i n e s t h e p e r f o r m a n c e o f t h e l C i B T . T h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e I G B T c h a n g e i n a c c o r d a n c e w i t h t h e c o n d i t i o n s o f t h e d r i v e c i r c u i t . D r i v e c i r c u i t s c o n s i s t o f a f o r w a r d b i a s v o l t a g e s e c t i o n t o t u r n t h e I G B T o n ~md a r e v e r s e b i a s v o l t a g e s e c t i o n t o a c c e l e r a t e a n d m a i n t a i n t u r n - o f f . 3 . 2 . 2 D r i v e C i r c u i t D e s i g n T h e f i r s t s t e p o f t h e c i r c u i t d e s i g n w a s t o d e s i g n t h e I G B T g a t e d r i v e c i r c u i t \ \ i t h a p p r o p r i a t e r a t i n g s w h i c h m a t c h e s t h e s e l e c t e d f r e q u e n c y o f o p e r a t i o n a n d \ o l t a g e s . T h e p u r p o s e o f t h e d r i v e c i r c u i t i s t o p r o v i d e • O p t i c a l l y i s o l a t e d c o n t r o l s i g n a l s • I n v e r t i n g t h e c o n t r o l s i g n a l s • P r o d u c i n g d e a d b a n d t i m e i n t h e c o n t r o l s i g n a l s • I n c r e a s e t h e v o l t a g e o f c o n t r o l s i g n a l t o 1 0 - 1 5 V G a t e O p t i c a l l y C o n t r o l , - C o n t r o l 1 - - - - ~ I s o l a t e d 1 - - - - 1 S i g n a l i S l g Q Q i s " " ' " ~ ~gn_§l_ - - ; i - - - - -~--: -~ O p t o c o u p l e r s . " - - · - - - --~ I R 2 1 0 9 4 1 C s ~-----~ I _ _ 4_~ f ' - - - -~ I - - - - - - . . 1 _ _ _ _ 1 - - - - - - - , I G B T M o d u l e _ j F i g u r e 3 . 1 0 : D r i v e C i r c u i t B l o c k D i a g r a m T h e P W M c o n t r o l s i g n a l s g e n e r a t e d b y P I C a r e s e n t t o O p t o - C o u p l e r s w h i c h \ \ i l l o p t i c a l l y i s o l a t e t h e D r i v e c i r c u i t a n d I G B T s f r o m t h e P I C c o n t r o l l e r c i r c u i t t o m a i n t a i n a s e p a r a t e p o w e r g r o u n d i n t h e I G B T s i d e a n d l o g i c g r o u n d i n t h e c o n t r o l l e r s i d e . U s i n g a s i n g l e i s o l a t e d s i g n a l , I R 2 1 0 9 4 I C p r o d u c e s t w o i n v e r t e d s i g n a l s w i t h [ l r o p e r d e a d b a n d t i m i n g . A s t h e g a t e v o l t a g e o f I G B T m u s t b e I 0 - 1 5 V h i g h e r t h a n t h e d r a i n v o l t a g e , t h i s I C g e n e r a t e s t h e c o n t r o l s i g n a l w i t h t h i s v o l t a g e u s i n g a n L ' \ : t c r n a l 1 5 V D C s u p p l y . A s t h i s i s a t h r e e p h a s e P W M c o n t r o l , t h r e e 6 N 1 3 5 O p t o - C o u p l c r s a n d t h r e e l R : 2 I 0 9 4 I C s a r e u s e d t o p r o d u c e t h e t h r e e p h a s e c o n t r o l s i g n a l s . T h e o p e r a t i o n o f t h e l l r i v e c i r c u i t i s s h o w n i n f i g u r e 3 . 1 0 . 2 4 1 R e c e i v i n g T h r e e P W M Signals~'\ 1 1~ f r o m P I C _ _ _ _ _ _ _ / G e n e r a t e O p t i c a l l y I s o l a t e d t h r e e P W M C o n t r o l S i g n a l s "~' / / / . C h e c k t h e s h u t d o w n s i g n a l s f r o m p r o t e c t i o n c i r c u i t N o s h u t d o w n T S h u t d o w n I n v e r t t h e t h r e e c o n t r o l s i g n a l s t o p r o d u c e t h e s i x I c o n t r o l s i g n a l f o r t h e I G B T M o d u l e I L _ _ _ _ _ _ I - - * - - ~-- 1 P r o d u c e t h e d e a d b a n d t i m e b e t w e e n t h e c o n t r o l ' s i g n a l s o f l o w e r a n d u p p e r I G B T s r ( / s e n d t h e 1 0 - 1 5 V c o n t r o l signa~~~~ ~~ _ G a t e o f t h e I G B T M o d u l e -~ I I l f N o c o n t r o l s i g n a l s t~-, ~~~~~T M o d u l e F i g u r e 3 . 1 1 : F l o w c h a r t o f D r i v e C i r c u i t D e s i g n 3 . 2 . 2 . 1 O p t o c o u p l e r I s o l a t i o n I n e l e c t r o n i c s , a n o p t o - i s o l a t o r i s a d e v i c e t h a t u s e s a s h o r t o p t i c a l t r a n s m i s s i o n p a t h t o t r a n s f e r a s i g n a l b e t w e e n e l e m e n t s o f a c i r c u i t , t y p i c a l l y a t r a n s m i t t e r a n d a r e c e i v e r , w h i l e k e e p i n g t h e m e l e c t r i c a l l y i s o l a t e d . S i n c e t h e s i g n a l g o e s f r o m a n e l e c t r i c a l s i g n a l t o a n o p t i c a l s i g n a l b a c k t o a n e l e c t r i c a l s i g n a l , e l e c t r i c a l c o n t a c t a l o n g t h e p a t h i s b r o k e n . F o r i n v e r t e r c i r c u i t s a n d t h e l i k e , i t i s n e c e s s a r y t o e l e c t r i c a l l y i s o l a t e t h e I G B T f r o m t h e c o n t r o l c i r c u i t . U n l i k e a n i s o l a t e d t r a n s f o r m e r , t h e o p t o c o u p l e r • S e p a r a t e p o w e r g r o u n d a n d l o g i c g r o u n d • P r o v i d e s s i g n i f i c a n t p r o t e c t i o n f r o m s e r i o u s o v e r v o l t a g e c o n d i t i o n s • W i t h s t a n d f a s t s w i t c h i n g s i g n a l s • A l l o w s D C c o u p l i n g • A l s o , t h e o p t o c o u p l e r d o e s n o t l i m i t t h e o u t p u t p u l s e w i d t h F i g u r e 3 . 1 2 : S c h e m a t i c d i a g r a m 2 5 S i m p l y , w h e n a n e l e c t r i c a l s i g n a l i s a p p l i e d t o t h e i n p u t o f t h e o p t o c o u p l c r , i t s L E D l i g h t s , i t s l i g h t s e n s o r t h e n a c t i v a t e s , a n d a c o r r e s p o n d i n g e l e c t r i c a l s i g n a l i s g e n e r a t e d a t t h e o u t p u t . T h e s i m p l i f i e d d i a g r a m o f a n o p t o c o u p l e r i s s h o w n i n f i g u r e 3 . 1 2 t o i l l u s t r a t e t h e b a s i c o p e r a t i o n . O p t o c o u p l e r S e l e c t i o n T o g e t t h e o p t i c a l i s o l a t i o n , f i r s t i t w a s d e c i d e d t o u s e P C 8 1 6 o p t o c o u p l e r w h i c h i s a l o w c o s t l o c a l l y a v a i l a b l e o n e w i t h t h e f o l l o w i n g f e a t u r e s : • C u r r e n t t r a n s f e r r a t i o ( 1 1 = 5 m A , V , , = 5 V ) • R i s e t i m e ( t y p i c a l 4 J L S a n d m a x i m u m 1 8 p s ) • F a l l t i m e ( t y p i c a l 3 J L S a n d m a x i m u m 1 8 J L . S ) T h e f o l l o w i n g f i g u r e 3 . 1 3 s h o w s t h e r i s e t i m e a n d f a l l t i m e o b s e r v e d u s i n g a n o s c i l l o s c o p e . I 0 1 o k N o r n a l T ' C H 1 1 0 : 1 2 . 0 0 U / d i < . ' D C F u l l E d g e C H 1 S A u t o I Il~itial - I Z e . . . . . S t o r e R e c a 1 1 3 . 2 4 u S E 1 U P I n i t i a l A u t o I U n d o I l l U n d o I I I 1 1 1 - - i z e - - - S e t u p - F i g u r e 3 . 1 3 : P C 8 1 6 O p t o c o u p l e r o s c i l l o s c o p e I m a g e s A s t h e r i s e t i m e w a s t o o s m a l l t o c o m p a r e w i t h f a l l t i m e , t w o s e p a r a t e d i a g r a m s w e r e d e r i v e d t o o b s e r v e t h e v a l u e s . A c c o r d i n g t o t h e o s c i l l o s c o p e i m a g e s , t h e r i s e t i m e i s l e s s t h a n 1 . 5 1 - l s a n d f a l l t i m e i s l e s s t h a n 1 0 0 ! l S . T h e r i s e t i m e a n d f a l l t i m e w e r e c o m p a r a b l y l a r g e w i t h t h e d u r a t i o n o f 2 0 k H z s w i t c h i n g s i g n a l s a n d t h i s c a n b e u s e d w i t h o n l y i n h i g h e r f r e q u e n c y a p p l i c a t i o n ( o n e p u l s e w i d t h s 1 0 0 p s ( s w i t c h i n g f r e q u e n c y : 2 : 1 0 k H z ) . L e s s f r e q u e n c y v a l u e s c a n n o t b e u s e d . 2 6 D u e t o t h e s e b o t t l e n e c k s , a d e c i s i o n w a s t a k e n t o s e l e c t 6 N 1 3 5 s e r i e s I C \ \ h i c h h a s s o m e r o b u s t f e a t u r e s a s g i v e n b e l o w e v e n t h o u g h i t w a s n o t a v a i l a b l e i n t h e l o c a l m a r k e t s . U l t i m a t e l y , 6 N 1 3 5 w a s i m p o r t e d . F e a t u r e s 8 : . 2 I 1 - - - - - , ·~ 7 : : ~ y f--J'~ 4 r i . L . h . - , F i g u r e 3 . 1 4 : 6 N / 3 5 S c h e m a t i c D i a g r a m • I s o l a t i o n v o l t a g e 2 5 0 0 V r m s ( m i n . ) • H i g h s p e e d : t p H L , t p L H = 0 . 5 ) l s ( t y p . ) ( R L = 1 . 9 k Q ) • R i s e t i m e ( t y p i c a l 1 J 1 S a n d m a x i m u m 1 . 5 J I S ) • F a l l t i m e ( t y p i c a l 0 . 2 p s a n d m a x i m u m 1 . 5 J I S ) P I C c o n t r o l s i g n a l ' 1 / 1 / v 1 0 0 - 0 3 . 9 k I V ' . f v 5 V D C s u p p l y 1 0 p 0 F i g u r e 3 . 1 5 : 6 N l 3 5 C i r c u i t D i a g r a m T h e f i g u r e 3 . 1 6 s h o w s i s o l a t e d s i g n a l s o f 6 N 1 3 5 o b s e r v e d u s m g a n o s c i l l o s c o p e . ' - . 2 7 / . 0 0 8 / 0 5 / 1 2 1 ' 3 : 5 ' 3 : 1 0 0 0 1 o k N o r m a 1 Y O K O G A W A + ' 3 5 ' 3 " I I 5 0 M S / S c : u . u > > J ~ -100.00u~ - 8 0 . 0 · U 1 0 0 . O O u s F i g u r e 3 . 1 6 ( a ) : 6 N J 3 5 O p t o c o u p / e r o s c i l l o s c o p e I m a g e ( P u l s e S t r e a m ) Z O O S / O S / 1 2 2 0 : 0 3 : 2 5 0 0 1 o k N o r m a 1 9 8 2 0 0 M S / s < < t 1 o . i n : : 1 0 1 < > > - 5 . 500t~S· - : : : : : : . 0 0 :~) 4 4 . 5 0 0 u s ~Position 1 1 . 0 % l J / d i < . J F u l l E r l g e C l l 1 I A u t o 2 5 . 8 l ) C l l 1 1 0 : 1 2 . 0 0 l J / d i • . J D C F u l l E d g e C l l 1 . . : f - A u t o 8 . 0 0 v P O S I T I O N I s~!:" I I s~!:" I I s~!:" I " - - - - - - - - - - - ' 1 1 ! . - - - - - - - - - - - - - - ' F i g u r e 3 . 1 6 ( b ) : 6 N 1 3 5 O p t o c o u p l e r o s c i l l o s c o p e I m a g e ( S i n g l e P u l s e ) T h e r i s e t i m e i s l e s s t h a n 5 ! - ! s a n d t h e f a l l t i m e i s 1 ~Ls. I t i s a c c e p t a b l e i n c o m p a r i n g w i t h s w i t c h i n g s i g n a l s . F u r t h e r m o r e , t h i s w a y t u r n - o n a n d t u r n - o f T c h a r a c t e r i s t i c s d e t e r m i n e d b y g a t e r e s i s t a n c e c a n b e s e t s e p a r a t e l y , s o i t i s c o m m o n l y u s e d t o e n s u r e t h e b e s t s e t t i n g s . 2 8 - ' . 2 . 2 . 2 C o n t r o l s i g n a l i n v e r s i o n a n d D e a d b a n d t i m e g e n e r a t i o n T h e p o w e r o f t h e c o n t r o l s i g n a l p r o d u c e d b y o p t o c o u p l e r i s n o t s u f f i c i e n t t o d r i v e t h e g a t e o f I G B T s . T h e p o w e r r e q u i r e d t o e n e r g i e s t h e g a t e s v a r i e s w i t h t h e D e h u s v o l t a g e s i g n i f i c a n t l y f r o m a b o u t S O m A t o a b o u t 5 0 0 m A . S o t h e d r i v e I C s s h o u l d h e c a p a b l e o f d e l i v e r i n g t h i s c u r r e n t t o t h e g a t e s w i t h o u t a f f e c t i n g i t s p e r f o r m a n c e . l R 2 1 1 0 T h e g a t e d r i v e I C i s a p r o d u c t o f I R p a r t n a m e d I R 2 1 1 0 w h i c h i s a h i g h s p e e d l ( ; 8 T d r i v e r w i t h i n d e p e n d e n t h i g h a n d l o w s i d e i n p u t s i g n a l s . F e a t u r e s • F l o a t i n g c h a n n e l d e s i g n e d f o r b o o t s t r a p o p e r a t i o n F u l l y o p e r a t i o n a l t o + 5 0 0 V ( V o n s e 1 ) , T o l e r a n t t o n e g a t i v e t r a n s i e n t v o l t a g e d V / d t i m m u n e • G a t e d r i v e s u p p l y r a n g e f r o m 1 0 t o 2 0 V ( V o u t ) • U n d e r v o l t a g e l o c k o u t f o r b o t h c h a n n e l s • 3 . 3 V l o g i c c o m p a t i b l e ( S e p a r a t e l o g i c s u p p l y r a n g e f r o m 3 . 3 V t o 2 0 V a n d L o g i c a n d p o w e r g r o u n d ± 5 V o f f s e t ) • C y c l e b y c y c l e e d g e - t r i g g e r e d s h u t d o w n l o g i c • t o n / o f f ( t y p . ) 1 2 0 & 9 4 n s • · , : . . _ · , ~:~I T I "~ l : i I I l i ~[: . ~ L ~-J ' · . / , _ I - t ' I F i g u r e 3 . 1 7 : I R 2 1 1 0 C o n n e c t i o n d i a g r a m l R 2 1 0 9 4 I C u L C J f c . [ : T h e g a t e d r i v e I C i s a p r o d u c t o f I R p a r t n a m e d I R 2 1 0 9 4 \ V h i c h i s a h i g h s p e e d a n d h i g h v o l t a g e I G B T d r i v e r w i t h s i n g l e i n p u t c o n t r o l s i g n a l s . : a t u n . · s <~~ F l c 1 a t i n g c h a n n e l d e s i g n e d f o r b o o t s t r a p o p e r a t i o n F u l l y o p e r a t i o n a l t o + 6 0 0 V ( Y o ! T s c t ) • ( ) a t e d r i \ c s u p p l ) r a n g e f r o m 1 0 t o 2 0 V ( Y " u 1 ) . : : ; U n c l c r v o l t a g e l o c k o u t f o r b o t h c h a n n e l s 4 l : ; . _ 1 V _ 5 V a n d 1 5 V i n p u t l o g i c c o m p a t i b l e " S h u t d U \ \ 1 1 i n p u t t u r n s o i T b o t h c h a n n e l s • l , m i o ! r { t y p . ) 7 : 5 0 & 2 0 0 n s <~~ I n t e r n a l 5 . : . J . O n s d e a d - t i m e , a n d p r o g r a m m a b l e u p t o 5 u s \ V i t h o n e t . ' x k r n : l l R D I r e s i s t o r 2 9 ~to~=. ~ . . . J 9 _ _ _ , . . _ _ _ _ J · • • . • J 4 _ _ C < · d ' :0~ I J~ ~ c : : · t ~; = F i g u r e 3 . 1 8 : 1 R 2 1 0 9 4 C o n n e c t i o n d i a g r a m A n i s o l a t e d s u p p l y i s c o n n e c t e d b e t w e e n t h e p i n C O M a n d V s - T y p i c a l l y t h e p i n s H O a n d L O a r e c o n n e c t e d t o t h e u p p e r s i d e d e v i c e a n d l o w e r I G B T s r e s p e c t i v e l y . a s s h o w n i n f i g u r e 3 . 1 8 ( C o m p l e t e t h r e e p h a s e c i r c u i t i s g i v e n i n A n n e x u r e ) . T h e h i g h s i d e c h a n n e l w i l l s w i t c h t h e o u t p u t ( H O ) b e t w e e n t h e p o s i t i v e o f t h i s s u p p l y a n d i t s g r o u n d i n a c c o r d a n c e w i t h t h e i n p u t c o m m a n d . C 8 0 0 1 i s t h e b o o t s t r a p c a p a c i t o r c o n n e c t e d i n R H S o f i C w h i c h l e v e l s h i f t t h e v o l t a g e a t V s b y 1 0 - 1 5 V . G a t e v o l t a g e m u s t b e 1 O - l 5 V h i g h e r t h a n t h e d r a i n v o l t a g e . T h i s i s b e c a u s e , b e i n g a h i g h s i d e s w i t c h , s u c h g a t e v o l t a g e w o u l d h a v e t o b e h i g h e r t h a n t h e D C B u s \ o l t a g e , w h i c h i s f r e q u e n t l y t h e h i g h e s t D C v o l t a g e a v a i l a b l e i n t h e s y s t e m . T h e r e f o r e t h e h i g h g a t e s i g n a l h a s t o b e a l w a y s 1 0 - 1 5 V h i g h e r t h a n v o l t a g e a t p o i n t ' · N " w h i c h m a y g o u p t o t h e D C b u s v o l t a g e . T h e s o - c a l l e d t w o I R I C s w i l l b e a b l e t o g i v e t h i s i n c r e a s e d g a t e c o n t r o l s i g n a l s . I R 2 1 1 0 I C n e e d s t w o c o n t r o l i n p u t s i g n a l s ( d i r e c t a n d i n v e r t e d s i g n a l s ) a n d . i u s t o n l y i n c r e a s e s t h e g a t e v o l t a g e 1 0 - 1 5 V r a n g e i n t h e I C o u t p u t s i g n a l s . I n a d d i t i o n t o t h a t , b o t h I C s h a v e p r o t e c t i o n s h u t d o w n c a p a b i l i t i e s . B u t , I R 2 1 0 9 4 u s e s o n l y o n e d i r e c t i n p u t s i g n a l a n d e a s i l y p r o d u c e t h e t w o o u t p u t s i g n a l s w i t h v a r i a b l e d e a d b a n d t i m e . S o i n o r d e r t o r e d u c e t h e c u m b e r s o m e o f u s i n g e x t r a c i r c u i t t o i n v e r t t h e s i g n a l s a n d t o p r o d u c e d e a d b a n d t i m e , I R 2 1 0 9 4 I C w a s s e l e c t e d e v e n t h o u g h i t w a s n o t a v a i l a b l e i n t h e l o c a l m a r k e t s b u t i t w a s i m p o r t e d . D e a d - b a n d t i m e B e c a u s e o f f i n i t e t u r n - o n t i m e a n d t u r n - o f f t i m e o f s w i t c h e s . t h e r e s h o u l d b e a b l a n k i n g t i m e ( t c t ) a f t e r s w i t c h i n g o n e s w i t c h o f f i n a l e g b e f o r e s w i t c h i n g o n t h e o t h e r s \ v i t c h i n t h e s a m e l e g . T h e b l a n k i n g t i m e w i l l i n c r e a s e o r d e c r e a s e t h e o u t p u t s l i g h t l y d e p e n d i n g o n t h e d i r e c t i o n o f t h e l o a d c u r r e n t . U r : p e · a~n; , 1 ~ Gatc:..;qn~l ' , _ , - , 1 ! ! ' ' " d i ; C H ~c\~,·or a~.~n . . ~-. . . ~~-----~~.--~ C W F G.;;~.t~.: ~i~r1~: D e a d ! ' r T . B D c < v J t i m > ' ! F i g u r e 3 . 1 9 : D e a d b a n d t i m e s i g n a l s 3 0 N e e d o f D e a d B a n d T i m e I t i s i m p o r t a n t t o b e c a r e f u l w i t h d e a d t i m e s t h a t a r e t o o s h o r t , b e c a u s e i n t h e n ' e n t o f a s h o r t c i r c u i t i n t h e u p p e r o r l o w e r a r m s , t h e h e a t g e n e r a t e d b y t h e s h o r t c i r c u i t c u r r e n t m a y d e s t r o y t h e m o d u l e . I f t h e t w o s i g n a l s w e r e p e r f e c t l y c o m p l e m e n t a r y , t h e n t h e r e w o u l d b e a m o m e n t a r y s h o r t c i r c u i t b e t w e e n t h e D C b u s p o s i t i v e a n d n e g a t i v e t e r m i n a l s . T h i s u c c u r s w h e n t h e t w o s i g n a l s c h a n g e t h e i r s t a t e f r o m 0 t o 1 a n d v i c e v e r s a . - - , I _ _ j~~ ' f - - ' l~ I I - - - - - 4 r - ,~1 ~ w ~ --h~ I P h ' : 1 s e , ! ! . , F i g u r e 3 . 2 0 : I n v e r t e d C o n t r o l S i g n a l T h i s c a u s e s t h e s h o r t c i r c u i t i n g o f t h e D C B u s d r a w i n g a h i g h a m p l i t u d e c u r r e n t s p i k e f r o m t h e s o u r c e . W h e n t h i s p r o c e s s i s r e p e a t e d a t a v e r y h i g h f r e q u e n c y , i t w o u l d c a u s e t h e s w i t c h e s t o h e a t u n n e c e s s a r i l y l e a d i n g t o a p r o b a b l e d a m a g e t o t h e m . ~~~~~~~~~~~~~~~~~~D• o k N o r m a l T l 1 0 0 M S / S c F n 1 0 : - 1 - - - V / d i l . J F u 1 1 E d g e C l l 1 _ . : t - f ' m t o 2 4 . 0 v .---~ll'~~"to I I si~"to] ~oc~, r n " " " " 1 F i g u r e 3 . 2 1 ( a ) : D e a d b a n d t i m e o b s e r v a t i o n u s i n g O s c i l l o s c o p e ( P u l s e S t r e a m ) 3 1 I 0 1 O k C H 1 1 0 : 1 5 0 . 0 U / d i • . • D C F u l l C H Z 1 : 1 5 . 0 0 U / d i • . • D C F u l l E d g e C H 1 S A u t o 2 4 . 0 u P O S I T I O N F i g u r e 3 . 2 1 ( b ) : D e a d b a n d t i m e o b s e r v a t i o n u s i n g O s c i l l o s c o p e ( S i n g l e P u l s e ) T h e d e a d b a n d t i m i n g s h o u l d b e h i g h e r t h a n 3 f l S t o F u j i t y p e I G B T m o d u l e s . \ c c o r d i n g t o t h e a b o v e o b s e r v a t i o n , t h e d e a d t i m e s e t t o i s a c c e p t a b l e . I t c a n b e m c r e a s e d b y c h a n g i n g t h e R o r r e s i s t o r i n f i g u r e 3 . 1 8 . . ~t2.3. D e s i g n i n g p r o t e c t i o n c i r c u i t s S i n c e I G B T m o d u l e s m a y b e d e s t r o y e d b y o v e r c u r r e n t , o v e r v o l t a g e , o r s o m e , 1 t h c r a b n o r m a l c o n d i t i o n s , i t i s n e c e s s a r y t o d e s i g n p r o t e c t i o n c i r c u i t s . I t i s i m p o r t a n t \ \ h e n d e s i g n i n g t h e s e c i r c u i t s t h a t a m o d u l e ' s c h a r a c t e r i s t i c s a r e f u l l y t a k e n i n t o c o n s i d e r a t i o n , s i n c e a n i n a p p r o p r i a t e c i r c u i t w i l l a l l o w t h e m o d u l e t o b e d e s t r o y e d . ( F o r e x a m p l e , t h e o v e r c u r r e n t c u t - o f f t i m e m a y b e t o o l o n g o r t h e c a p a c i t a n c e o f t h e S n u b b e r c i r c u i t ' s c a p a c i t o r m a y b e t o o s m a l l . ) 3 . 2 . 3 . 1 . S h o r t c i r c u i t ( o v e r c u r r e n t ) p r o t e c t i o n I n t h e e v e n t o f a s h o r t c i r c u i t , f i r s t t h e I G B T ' s c o l l e c t o r c u r r e n t w i l l r i s e a n d t h e n , o n c e i t h a s r e a c h e d a c e r t a i n l e v e l , t h e C - E v o l t a g e w i l l s h o o t u p . D e p e n d i n g o n t h e d e v i c e ' s c h a r a c t e r i s t i c s , d u r i n g a s h o r t c i r c u i t , t h e c o l l e c t o r c u r r e n t c a n b e k e p t a t o r b e l o w a c e r t a i n l e v e l . H o w e v e r , t h e I G B T w i l l s t i l l c o n t i n u e t o b e s u b j e c t e d t o a h e a v y l o a d o f h i g h v o l t a g e a n d h i g h c u r r e n t , a n d t h e r e f o r e t h i s b u r d e n m u s t b e r e m o v e d a s s o o n a s p o s s i b l e . T h e a m o u n t o f t i m e a l l o w e d b e t w e e n t h e s t a r t o f a s h o r t c i r c u i t u n t i l t h e c u r r e n t i s c u t o f f , i s l i m i t e d b y t h e I G B T ' s s h o r t c i r c u i t w i t h s t a n d c a p a b i l i t y . S h o r t - c i r c u i t w i t h s t a n d c a p a b i l i t y i s 1 5 m i c r o s e c o n d m i n i m u m I n g e n e r a l , t h e h i g h e r t h e s u p p l y v o l t a g e o r t e m p e r a t u r e r i s e s , t h e l o w e r t h e s h o r t - c i r c u i t w i t h s t a n d c a p a b i l i t y . ' " ' " ) . : L D c t l ' r t i o p o ' l ! h c : ~:11(11 i l h ( ' ' i l l < ' ( 1 ~n ~~ f u - s t : l . ' ' · · , I . . - '•:-~ n.-c:ho{'!.H..I','~fl P · - - ) · · ( . \ . . I ~\. f : A , , ! ! F i g u r e 3 . 2 2 : S h o r t c i r c u i t w i t h s t a n d c a p a b i l i t y T h e m o s t d i f f i c u l t c h a l l e n g e i n p r o d u c i n g a n I G B T w a s m a k i n g g a t e c o n t r o l l e d o v e r c u r r e n t p r o t e c t i o n p o s s i b l e . D e t e c t i o n i n t h e c i r c u i t T h e f i g u r e 3 . 2 3 s h o w s t h e i n s e r t i o n m e t h o d s f o r o v e r c u r r e n t d e t e c t o r s , a n d t h e b e l o w t a b l e l i s t s t h e f e a t u r e s o f t h e v a r i o u s m e t h o d s a l o n g w i t h t h e i r d e t e c t i o n p o s s i b i l i t i e s . A f t e r d e t e r m i n i n g w h a t k i n d o f p r o t e c t i o n i s n e c e s s a r y , s e l e c t t h e m o s t a p p r o p r i a t e f o r m . 1 i n s e r t i o n i t i o n 1 l i n e \ \ i t h c : 1 p a c i t o r l i n \ \ : r t e r t i l l \ c r t e r · - · . i ;~;~\ii: 1 I : I • 0 ' \ 7 \ J ! ~ 1 · o · · - - - - - - - - F : 3 . 2 3 : 0 ' 2 . l i ¥-~------r--·--l I + i t l ' ! ! . . . . ~.. . . : . . . • · . / \ i - , ·~· u · l J I - . -~-~-. i - f . ] ; ' ' " I 1 I . 4 , ~: , , , ' { · - · 1 i " " > - : . , . . . , . • J l · - , - ·~ . . i : i · . - + - ' ( ' : t · ~:·-·;,; 1'::~111 ,~ • • ·.:.~··..:··~- ' / , - - - - - - - - - - - - - - - ' f w d F e a t u r e s D e t e c t i o n f u n c t i o n • A C c u r r e n t t r a n s f o r m e r a v a i l a b l e • A r m s h o r t - c i r c u i t • S e r i e s a r m s h o t · t - c i r c u i t • I , o w d e t e c t i o n p r e c i s i o n • S h o r t i n o u t p u t c i r c u i t • G r o u n d f l l l l l t • N e c e s s a r y t o u s c D C c u r r e n t t r a n s f o r m e r • A r m s h o r t - c i r c u i t • S e r i e s a r m s h o r t - c i r c u i t • L o w d e t e c t i o n p r e c i s i o n • S h o r t i n o u t p u t c i r c u i t • G r o u n d f a u l t • A C c u r r e n t t r a n s f o r m e r a v a i l a b l e f o r • S h o r t i n o u t p u t c i r c u i t • G r o u n d f a u l t h i g h f r e q u e n c y o u t p u t e q u i p m e n t • H i g h d e t e c t i o n p r e c i s i o n I t h e ' : 1 l i n e w i t h • N e c e s s a r y t o u s c D C c u r r e n t t r a n s f o r m e r • A r m s h o r t - c i r c u i t • S e r i e s a r m s h o r t - c i r c u i t \ \ \ i t . • H i g h d e t e c t i o n p r e c i s i o n • S h o r t i n o u t p u t c i r c u i t • G r o u n d 1 1 l l l l t - - - - F i g u r e 3 . 2 4 : O v e r c u r r e n t d e t e c t o r i n s e r t i o n p o s i t i o n s a n d f u n c t i o n s , . , , . , . ) . ) A s s t a t e d p r e v i o u s l y , i n t h e e v e n t o f s h o r t - c i r c u i t , t h e I G B T m u s t b e d i s a b l e d a s s o o n a s p o s s i b l e . T h e r e f o r e , t h e d e l a y f r o m o v e r c u r r e n t d e t e c t i o n t o c o m p l e t e t u r n - o f T i n e a c h c i r c u i t m u s t b e m a d e a s s h o r t a s p o s s i b l e . S i n c e , a n I G B T t u r n o f f v e r y q u i c k l y , i f t h e o v e r c u r r e n t i s s h u t o f f u s i n g a n o r d i n a r y d r i v e s i g n a l , t h e n t h e c o l l e c t o r - e m i t t e r v o l t a g e w i l l r i s e d u e t o t h e i n d u c t i v e k i c k . a n d t h e I G B T m a y b e d e s t r o y e d b y o v e r v o l t a g e ( R B S O A d e s t r u c t i o n ) . T h e r e f o r e , i t i s r e c o m m e n d e d t h a t w h e n c u t t i n g o f f t h e o v e r c u r r e n t t h a t t h e I G B T m u s t b e t u r n e d o f f g e n t l y ( s o f t t u r n - o f f ) . D e t e c t i o n u s i n g V e e ( s a t ) T h i s m e t h o d c a n p r o t e c t a g a i n s t a l l o f t h e s h o r t - c i r c u i t t y p e s l i s t e d i n t h e a b o v e t a b l e . O p e r a t i o n s f r o m o v e r c u r r e n t d e t e c t i o n t o p r o t e c t i o n a r e d o n e o n t h e d r i v e c i r c u i t s i d e . T h i s o f f e r s t h e f a s t e s t p r o t e c t i o n p o s s i b l e . F u j i E l e c t r i c ' s g a t e d r i v e r I C s h a v e t h e s a m e k i n d o f p r o t e c t i v e c i r c u i t b u i l t i n , t h e r e b y s i m p l i f y i n g t h e d r i v e c i r c u i t d e s i g n . 3 . 2 . 3 . 2 . O v e r v o l t a g e p r o t e c t i o n O v e r v o l t a g e c a u s e s D u e t o t h e h i g h s w i t c h i n g s p e e d o f I G B T s , a t I G B T t u m - o f f o r d u r i n g F W D r e v e r s e r e c o v e r y , t h e c u r r e n t c h a n g e r a t e i s v e r y h i g h . T h e r e f o r e , t h e i n d u c t a n c e o r t h e v v i r i n g s u r r o u n d i n g t h e m o d u l e c a n c a u s e a t u m - o f f s u r g e v o l t a g e . _ _ _ _ _ ? : " _ _ _ _ I . . : - - - - - ! . v ( ; " \ / : F C . I ' F d \.':::.~· 1:3~;-;- C \ ) J J e d c r - : : ; r " ' i t l t - 1 ·.odlr:~;;; \.t:~r.:;p Turr~~c1ff ,s_Jf"~J~ ' • i C :agt~· ; ) ( 1 t d · . \ / r l u c · l c : J~;:=r'" c o i i G : t c r (:Ur'cn~ F i g u r e 3 . 2 5 : T u r n - o f f c u r r e n t a n d w a v e f o r m s T h e t u m - o f f s u r g e v o l t a g e p e a k c a n b e c a l c u l a t e d a s f o l l o w s : V c e s p = E d + ( L * d l c / d t ) d l c / d t - m a x i m u m c o l l e c t o r c u r r e n t c h a n g e r a t e a t t u r n - o f f I f V c e s p e x c e e d s t h e I G B T ' s C - E ( V c e s ) r a t i n g , t h e n t h e m o d u l e w i l l b e d e s t r o y e d . 3 4 G a t e O v e r v o l t a g e p r o t e c t i o n I t i s n e c e s s a r y t h a t I G B T m o d u l e s , l i k e o t h e r M O S b a s e d e l e m e n t s , a r c s u f l i c i e n t l y p r o t e c t e d a g a i n s t s t a t i c e l e c t r i c i t y . A l s o , s i n c e t h e G - E a b s o l u t e m a x i m u m r a t e d v o l t a g e i s ± 2 0 V , i f t h e r e i s a p o s s i b i l i t y t h a t a v o l t a g e g r e a t e r t h a n t h i s m a y b e a p p l i e d . T h e n a s a p r o t e c t i v e m e a s u r e i t i s n e c e s s a r y t o c o n n e c t a z e n n e r d i o d e b e t w e e n t h e g a t e a n d e m i t t e r a s s h o w n i n b e l o w f i g u r e 3 . 2 6 . ~~) C f . < : : o "uct:J~: - 1 ' • ~- w . . l • • • I ( . . :r·;·~•·~·. I r ·~ I ' , . . " . . ! . . . : · / . . • Bu~· c m i l b r ~ i c : : [ ( [ ' : · l l . t : t > r : F i g u r e 3 . 2 6 : G - E o v e r v o l t a g e c i r c u i t p r o t e c t i o n c i r c u i t 3 . 2 . 4 . C o n s i d e r a t i o n o f D r i v e c i r c u i t i m p l e m e n t a t i o n I p o i n t s o f c a u t i o n 1 . O p t o c o u p l c r n o i s e r u g g e d n e s s A s I G B T s a r e h i g h s p e e d s w i t c h i n g e l e m e n t s , i t i s n e c e s s a r y t o s e l e c t a n o p t o c o u p l e r f o r d r i v e c i r c u i t t h a t h a s h i g h n o i s e r u g g e d n e s s . A l s o . t o p r e v e n t m a l f u n c t i o n s , t h e w i r i n g f r o m d i f f e r e n t s i d e s w a s n o t a l l o w e d t o c r o s s . f u r t h c r m o r c , i n o r d e r t o m a k e f u l l u s e o f t h e I G B T ' s h i g h s p e e d s w i t c h i n g c a p a b i l i t i e s , w e r e c o m m e n d u s i n g a n o p t o c o u p l e r w i t h a s h o r t s i g n a l t r a n s m i s s i o n d e l a y . 2 . W i r e c o n n e c t i o n b e t w e e n d r i v e c i r c u i t a n d I G B T W h e n c o n n e c t i n g I G B T m o d u l e s i n p a r a l l e l , d u e t o t h e g a t e c i r c m t s w m n g i n d u c t a n c e a n d t h e I G B T ' s i n p u t c a p a c i t a n c e , a s t h e g a t e v o l t a g e r i s e s a p a r a s i t i c o s c i l l a t i o n m a y o c c u r . T h e r e f o r e , i n o r d e r t o p r e v e n t t h i s o s c i l l a t i o n , a g a t e r e s i s t o r \ 4 7 D ) w a s c o n n e c t e d i n s e r i e s t o e a c h o f t h e m o d u l e s g a t e s . I f t h e c o n n e c t i o n b c t v v e e n t h e d r i v e c i r c u i t a n d t h e I G B T i s l o n g , t h e I G B T m a y m a l f u n c t i o n d u e t o g a t e s i g n a l o s c i l l a t i o n o r i n d u c e d n o i s e . , - - - . - - - · · · - i i n ; v P . c i r r : u t St:<'~y 1 ;n:::Juctn:~ce R : ; ~--·- · ® · . . l I I ! ~·-· I T · · · - - - ;-.~ .~-. R . • 1 ' . . . . F i g u r e 3 . 2 7 : G a t e s i g n a l o s c i l l a t i o n s c o u n t e r m e a s u r e 3 5 .~.3 P o w e r S u p p l y U n i t T h e r e a r e 3 m a i n D C p o w e r s u p p l i e s r e q u i r e i n t h e p o w e r s u p p l y u n i t . • D C s u p p l y b e f o r e t h e o p t i c a l i s o l a t i o n • D C s u p p l y a f t e r t h e o p t i c a l i s o l a t i o n 3 . 3 . 1 . D C s u p p l y b e f o r e t h e o p t i c a l i s o l a t i o n 2 3 0 / 1 8 V 2 5 0 m A T r a n s ! o r m e r - - - - - - ' A C B r i d g e R e c t r f i e r . 4 _ _ I - ' . J ! h s J , , , - V I h " ' v 0 l ) T 1 3 - A J U l _ 1 _ L M 7 8 0 5 R e g u l a t o r 3 I I 2 T _ 1 1 , , j i *100mrcr~~--- I ' . . - - - - _ _ _ _ I I ~I - - - \ r L M 7 8 1 2 R e - - g - . u _ l a - t o r I 2 3 - I ' ' ' " i v , , _ _ . , I I - L i i D . i J L M 7 8 1 5 R e g u l a t o r 3 _ L . ! L _ _ _ _ _ _ _ _ - - - - - - - - - F i g u r e 3 . 2 8 : D C s u p p ( y b e f o r e i s o l a t i o n S V D C s u p p l y t o P I C , - 1 0 0 : - : I < C r o - . ; 1 0 : J n l : : ' V D C s · , m r c L y t o o o P l C : : ; = : 1 0 0 m r c r o • 1 O O n l S V D C s c p u l y t o F a n 3 6 3 . 3 . 2 . D C s u p p l y a f t e r t h e o p t i c a l i s o l a t i o n B n d g e R e c t i f i e r L M 7 8 0 5 R e g u l a t o r V 1 0 0 m A T r a n s f o r m e r 4 i ' \ . s L • - l 3 1 1 I I I 2 _ L I : 1 . . . . . I 1 1 0 0 m 1 c r d ; - - · 1 . · . . · I . L I , . I I ! I I J - - · · · · -~' 1 1 _ _ _ _ _ _ _ . . . . . . \ \ L M 7 8 1 5 R e g u l a t o r 2 t : 1 I - 1 l _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ I L _ _ _ _ _ _ _ _ _ F i g u r e 3 . 2 9 : D C s u p p l y a f t e r i s o l a t i o n 3 . - t S e n s o r D e s i g n 5 V D C t o O p t o c o u p , e : ~ ' t Q O m : c o - : - - 1 G U n ~sv J C - i · t o T R 2 1 0 0 4 T C _ L 1 O O r n 1 c r o ~··'-- S e n s o r s a r e c r i t i c a l c o m p o n e n t i n a m o t o r c o n t r o l s y s t e m . N o r m a l l y t h e r e a r e - ; e n s o r s d e t e c t t h e s p e e d , c u r r e n t , v o l t a g e , p o s i t i o n , a n d d i r e c t i o n o f t h e r o t a t i n g m o t o r . R e c e n t a d v a n c e m e n t s i n s e n s o r t e c h n o l o g y h a v e i m p r o v e d t h e a c c u r a c y a n d 1 · e l i a b i l i t y o f s e n s o r s , w h i l e r e d u c i n g t h e c o s t . M a n y s e n s o r s a r e n o w a v a i l a b l e t h a t i n k g r a t e t h e s e n s o r a n d s i g n a l - c o n d i t i o n i n g c i r c u i t r y i n t o a s i n g l e p a c k a g e . T h e s e - ; c n s o r s a r e u s e d i n t h e c o n t r o l l o o p a n d t o i m p r o v e t h e r e l i a b i l i t y b y d e t e c t i n g f a u l t c : o n d i t i o n s t h a t m a y d a m a g e t h e m o t o r . 3 . - L 1 S p e e d s e n s o r d e s i g n u s i n g H a l l E f f e c t s e n s o r I n t h i s p r o g r a m m a b l e i n d u c t i o n m o t o r p r o j e c t , s p e e d i s t h e m a i n c o n t r o l l i n g p~trameter a n d i t i s i m p o r t a n t t o m e a s u r e t h e s p e e d c o r r e c t l y a n d c o n t r o l i t : t c c o r d i n g l y . F o r t h i s p u r p o s e , w e e m p l o y e d a h a l l s e n s o r t o g e n e r a t e p u l s e s o n c e e a c h r o t a t i o n a n d t h i s p u l s e t y p e s i g n a l i s u s e d t o c o u n t t h e s p e e d i n t h e m i c r o c o n t r o l l c r ~111d d i s p l a y s i t i n t h e L C D i n r p m u n i t s . H a l l S e n s o r w a s s e l e c t e d f o r t h i s p u r p o s e a s i t g i v e s r e q u i r e d a c c u r a c y a n d p e r f o r m a n c e w i t h v e r y l o w c o s t . T h e o p e r a t i n g p r i n c i p l e o f a h a l l s e n s o r i s t h a t , i t w i l l i n d u c e a p e r p e n d i c u l a r \ o l t a g e w h e n a s u f f i c i e n t l y s t r o n g m a g n e t i c f i e l d c o m e s c l o s e t o t h e s e n s o r . T h i s \ o l t a g e i s s o m e t i m e s p r o p o r t i o n a l w i t h t h e f i e l d s t r e n g t h b u t a s w i t c h t y p e I C w a s s e l e c t e d t o g e t t h e p u l s e s . H a l l e l e m e n t i s u s e d t o s e n s e t h e c h a n g e i n f 1 u x i n t h e g a p b e t w e e n a m a g n e t a n d a n o t c h i n a r o t a t i n g s h a f t o r a p a s s i n g f e r r o u s g e a r t o o t h . T h e m a i n a d v a n t a g e o f H a l l E f f e c t t a c h o m e t e r s i s t h a t t h e y a r e a n o n - c o n t a c t s e n s o r t h a t i s n o t l i m i t e d b y m e c h a n i c a l w e a r . H a l l E f f e c t s w i t c h e s c o n s i s t o f s e n s o r a n d s e n s o r c o n d i t i o n i n g c i r c u i t i n a s m a l l I C p a c k a g e s . T h e c i r c u i t r y i n s i d e t h e s e n s o r t y p i c a l l y c o n s i s t s o f a c o m p a r a t o r o r S c h m i t t t r i g g e r t o p r o v i d e a d i g i t a l o u t p u t s i g n a l t h a t c a n h e d i r e c t l y c o n n e c t e d t o t h e m i c r o c o n t r o l l e r . S e n s o r o u t p u t v o l t a g e c a n b e v a r i e d a s n e e d e d b e c a u s e i t d e p e n d s o n t h e s u p p l y v o l t a g e . O n e d r a w b a c k i n h a l l s e n s o r s i s t h a t i t s a c c u r a c y c h a n g e s g r e a t l y w i t h t h e v a r i a t i o n o f t h e t e m p e r a t u r e ; a n y h o w i t i s n o t a s i g n i f i c a n t f a c t o r i n o u r p r o j e c t . 3 7 3 . - t . 2 T h e H a l l p h e n o m e n o n ~ ·~ ---~::----..... < - - - : - - - - - _ _ _ _ _ _ - - - - _ . . - - - - - - < " " - - - ----~>-_ _ - - - - - - - 9 -=>o-~ - - - - - - - - - - - - - - . X . % r - - - - - - - - - - - x - - 1 - - < _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ : : , . , . _ _ _ , . - - : : - : : - - - - - - - - - - " : : : _ - - . - _ 1 -----~::::~----, _ _ ' " - · . : : : x - _ ; - - ~>---,.11 t · J , t . . L 1 • J I " I • : I i · : I i . - 1 · I J ~/ I - . r \ I I : . / f - - - - - / ~"~ - - - - - - - - - - J ·~-~~/ _ _ _ _ ~-::---T;::0-~-- ' " . 0 l l l l 1 ~--)__ - t ' · , - - 1 · · 1 · 1 f . i . F J I I · · I • . - F i g u r e 3 . 3 0 : H a l l E f f e c t p h e n o m e n a . . ( r i ' I ' H - " " " " ] 1 t - - - - - - - t · l · · l I · ' 1 i I · I l l a l l v o l t a g e = o * B , w h e r e 0 i s t h e s e n s i t i v i t y i n v o l t s I G a u s s a n d B i s a p p l i e d f i e l d i n G a u s s . r : • i l f . · r - : · n t i . l l ' " t ' l o i l l 0 T ' : _ , . ) J I J t i - . 1 1 l l i · J · I · · r ~ F i g u r e 3 . 3 1 : S e n s o r I n t e r n a l c i r c u i t T h e h a l l s w i t c h i s a n o r m a l l y o f f d e v i c e a n d w h e n a m a g n e t i c f i e l d c o m e s c l o s e t o t h e s e m i c o n d u c t o r p l a t e e l e c t r o n s a n d t h e p o s i t i v e h a l l s a r c s e p a r a t e d i n t o t w o s i d e s i n d u c i n g a n e t c r o s s v o l t a g e a c r o s s t h e s e m i c o n d u c t o r m a t e r i a l . D i r e c t i o n o f t h i s v o l t a g e i s d e t e r m i n e d o n w h i c h p o l e ( s o u t h o r n o r t h ) i s b r o u g h t c l o s e t o t h e h a l l e l e m e n t . I n o u r p a r t i c u l a r s e n s o r , m a n u f a c t u r e r h a s s p e c i f i e d t o u s e t h e s o u t h p o l e o f t h e m a g n e t . S i n c e t h i s s m a l l v o l t a g e i s n o t s u f f i c i e n t t o d r i v e a c o n s i d e r a b l e c u r r e n t , i t i s a m p l i f i e d b y a d i f f e r e n t i a l a m p l i f i e r . T h i s v o l t a g e g i v e s a t r i g g e r i n g f o r a s w i t c h l i k e a B J T o r a n I G B T d e v i c e , h e n c e w i t h s u i t a b l e e x t e r n a l c i r c u i t c o n f i g u r a t i o n s t h i s p h e n o m e n o n c a n b e u s e d t o o b t a i n a s i g n a l f o r a m i c r o c o n t r o l l e r o r a n y o t h e r c o n t r o l l i n g a p p l i c a t i o n . T h e r e a r e t w o t y p e s o f f u n c t i o n s ; l i n e a r s e n s o r s a n d d i g i t a l s e n s o r s . I n d i g i t a l s e n s o r s , a S c h m i t t t r i g g e r h a s b e e n e m p l o y e d t o o b t a i n a p u l s e t y p e s i g n a l w h e r e a s i n d i g i t a l a p p l i a n c e s n e e d e d . F o l l o w i n g a r e o s c i l l o s c o p e i m a g e s s h o w i n g t h e d i g i t a l h a l l s e n s o r o u t p u t p u l s e s a t t w o s p e e d s , e a c h o n e p u l s e r e p r e s e n t s o n e r o t a t i o n . F i r s t d i a g r a m s h o w s t h e w a v e f o r m w h e n m o t o r r u n s a t 1 7 0 r p m a n d s e c o n d i m a g e r e p r e s e n t s a b o u t a 6 0 r p m s p e e d . 3 8 2 0 0 8 / 0 S / 2 3 2 1 : 0 6 : 3 1 0 O t o k N o m a ! « t 1 a 1 n ; F i g u r e 3 . 3 2 : S e n s o r p u l s e w a v e f o r m E d g e C H 1 S A u t o 0 . 1 8 v • O n e p r o b l e m f a c e d i s t h a t w h e n a m a g n e t f i e l d i s n o t p r e s e n t s e n s o r s h o w s a h i g h v o l t a g e s t a t e , a n d w h e n a m a g n e t f i e l d i s p r e s e n t c l o s e t o t h e s e n s o r i t s h o w s t h e l o w v o l t a g e s t a t e s i m p l y b e c a u s e t h i s i s t h e t r a n s i s t o r E m i t t e r t o C o l l e c t o r v o l t a g e . • A c o n s i d e r a b l e v o l t a g e d i f f e r e n c e d e v e l o p s a c r o s s t h e e x t e r n a l r e s i s t o r , b u t t h a t c a n n o t b e s e n s e d i n t h e m i c r o c o n t r o l l e r a t o n c e b e c a u s e v o l t a g e s a t b o t h e n d s a r e f l o a t i n g ; t h e r e f o r e e i t h e r s i d e c a n n o t b e c o n n e c t e d t o t h e g r o u n d p i n . • S o t h e s o l u t i o n f o u n d b y u s i n g a n e x t e r n a l N O T g a t e t o i n v e r t t h e V c c . T h i s s i g n a l w a s d i r e c t l y f e d t o t h e m i c r o c o n t r o l l e r . T h e r e s u l t i s d i s p l a y e d i n t h e L C D a n d t h e v a l u e i s u p d a t e d c o n t i n u o u s l y w i t h t h e o p e r a t i o n . 3 9 3 . - l . 3 S e n s o r M o u n t i n g H a l l s e n s o r w i t h c o n n e c t i o n s t o t h e O O P i c m i c r o c o n t r o l l e r I S p e r m a n e n t l y m o u n t e d o n t h e s t a t o r a n d i n a n a d d i t i o n a l r o t o r t h e m a g n e t i s f i x e d a s s h o w n i n t h e F i g u r e 3 . 3 3 S e n s o M a g n e t S u b : r o t o r M o t o r F i g u r e 3 . 3 3 : S e n s o r m o u n t i n g o n t h e m o t o r M a n y s e n s i n g a p p l i c a t i o n s w i l l n e e d h i g h q u a l i t y m a g n e t s t o o p t i m i z e a i r g a p s a n d p r o v i d e s t a b l e f i e l d s o v e r w i d e t e m p e r a t u r e r a n g e s . A m a g n e t m u s t h a v e s u f f i c i e n t f l u x d e n s i t y t o g e n e r a t e t h e d e s i r e d l i n e a r s e n s o r o u t p u t , a t t h e w o r k i n g a i r g a p r e q u i r e d b y t h e a p p l i c a t i o n . O t h e r c o n s i d e r a t i o n s a r e t h e t e m p e r a t u r e c o e f f i c i e n t o r t h e m a g n e t a n d i t s c o e r c i v e f o r c e . C o e r c i v e f o r c e i s b a s i c a l l y t h e m e a s u r e o f a m a g n e t ' s a b i l i t y t o r e t a i n i t s m a g n e t i c f o r c e w h e n s u b j e c t e d t o a s t r o n g d e m a g n e t i z i n g f i e l d . T h e l a r g e r a m a g n e t ' s c o e r c i v e f o r c e , t h e l e s s s u s c e p t i b l e i t i s t o b e i n g d e m a g n e t i z e d . C o n s i d e r i n g e a s e o f a p p l i c a t i o n a n d t e s t i n g d o n e w i t h t h e s e n s o r w e d e c i d e d t o u s e a c y l i n d r i c a l s h a p e d I r o n - C h r o m i u m m a g n e t . 3 . - l A S p e e d D i s p l a y W h e n t h e m a g n e t c o m e s c l o s e t o t h e s e n s o r a p u l s e s i g n a l i s g i v e n t o t h e O O P i c . T h e n i t c a l c u l a t e s t h e s p e e d i n r p m ' s b a s e d o n t h e t i m e i n - b e t w e e n t w o c o n s e c u t i v e p u l s e s . T h e f r e q u e n c y i s t h e i n v e r s i o n o f t h e t i m e p e r i o d . A n L C D w a s s e l e c t e d t o d i s p l a y t h e s p e e d o f t h e m o t o r . T h e s p e e d i s c o n t i n u o u s l y d i s p l a y e d i n t h e L C D u n i t , a s e x p l a i n e d e a r l i e r . A 1 6 x 1 L C D w i t h 7 4 7 8 0 c h i p s e t c o m p a t i b l e w a s s e l e c t e d f o r t h i s p u r p o s e . A n o b j e c t c a l l e d o L C D i n o o P I C i s u s e d t o c o n f i g u r e a n d c o m m u n i c a t e w i t h t h e L C D a f t e r c o n n e c t i n g w i t h s u i t a b l e i n p u t a n d o u t p u t t e r m i n a l s i n t h e O O P i c h a r d w a r e a s s h o w n i n F i g u r e 3 . J . I . 4 0 , , - , · , 1 _ : : : : 1 - - = - r : - - L - . . · · , · . - - 1 : _ - - 1 . - - 1 - · - _ • E J - - 1 . : _ - , F . . - J : _ x : : : • E : . = · E - l = • E • : ; _ • E : ; = : · E - 7 r : : : - · 1 : . : . L - · . . _E=•f-~ - 1 ' - - - 1 · - + _ + _ - I ' _ - j · _ F , l l l d : u - , : - . ; ' J r : \ ; . · . _ . . ! , : : : ; , , : : · : ) ' / \ 1 d t - - • ; l : : f c : ' L : : s : i - ; ; \ · : -~~:C:) C)·i·~· 1':1'·/._,._:_-~~~ : - - 1 : [ , 1 :~ L : . ,-~.~~~-· c:1:~n : _ ( u : s ~: r : . : - , ' j ! _ \ . \ ' : · i t - : - t r : 1 : ; s ~ •;1·1~1 D~:::1 B . 1 ; _ i n . ; . _ E : : : J ' • : - - ; . e r : : : . u p F · · , L C D W I T H 4 4 7 8 0 C H I P S E T L - - - - - - - - 1 G 1 o u m l L - - - - - - - - 1 + 5 V o l t s O O P I C 2 r , ---~ I ' I . I~~ L t > I ' ' " ' F i g u r e 3 . 3 4 : 4 4 7 8 0 c h i p s e t L C D p i n d i a g r a m a n d O O P i c c o n n e c t i o n s 4 1 4 S y s t e m D e t a i l s - L 1 T e s t p a n e l o r t h e U s e r I n t e r f a c e U s e r i n t e r f a c e i s d e s i g n e d a s a p a n e l w h e r e s t u d e n t s c a n e a s i l y c a r r y o u t p r a c t i c a l . P a n e l i n c l u d e s i t e m s s u c h a s p o t e n t i o m e t e r , s e l e c t i o n s w i t c h , S t a r t I S t o p s \ v i t c h a n d F o r w a r d I R e v e r s e s w i t c h . P a n e l w a s d e s i g n e d t o a s s u r e m a x i m u m s a f e t y r o r t h e u s e r s . 3 ~ ~EID : 5 0 0 n ' m 0 0 0 Y O L T A G E : Z O O Y 0 0 0 0 0 - 1 6 ~ 0 0 : · · j \ \ . ' 0 ! - t : ; 1 . i E F . . : r o : [ 2 ] : - : = E J C•:·~:: ~ . . . ! I . . . . . F i g u r e 4 . 0 1 : U s e r I n t e r f a c e 1 : c a t u r e s o f t h e s y s t e m i n t e r f a c e p a n e l • P o w e r o n I o f f b u t t o n • R e d b u t t o n t o b r a k e t h e m o t o r i n s t a n t l y 0 3 ! E D ® • S e l e c t i o n b u t t o n s t o s e l e c t w a v e f o r m t y p e ( s i x s t e p , S i n u s o i d a l ) a n d r o t a t i o n ( c l o c k w i s e a n d a n t i c l o c k w i s e ) • P o t e n t i o m e t e r t o a d j u s t t h e s p e e d • L C D p a n e l t o d i s p l a y t h e s p e e d • S i x T e s t p o i n t s t o o b s e r v e t h e d r i v e r c i r c u i t o u t p u t w a v e f o r m s • P a n e l i s o p e n a b l e t o s e e t h e i n s i d e h a r d w a r e c o n n e c t i o n s a n d t o c o m m u n i c a t e w i t h t h e m i c r o c o n t r o l l e r s 4 2 - L 2 C o s t e s t i m a t i o n C o s t e s t i m a t i o n o f t h e I n d u c t i o n m o t o r P r o j e c t M o d u l e C o m p o n e n t P r i c e N u m b e r C o s t C o n t r o l l e r s o o P I C m o d u l e 1 0 0 3 8 1 1 0 0 3 9 P I C 1 6 F 7 6 7 I C 1 5 0 0 1 1 5 0 0 - ~ P i c P C B 8 5 0 1 ! 8 5 0 I P i c p r o g r a m m e r 8 0 0 1 I 8 0 0 ! I n v e r t e r C a p a c i t o r s ( 4 5 0 V , 3 9 0 1 - J F ) 3 5 0 2 7 0 0 B a s e c i r c u i t 1 5 0 1 1 5 0 ' G a t e D r i v e r C i r c u i t I R 2 1 0 9 4 9 5 0 3 2 8 5 0 , . I 5 0 0 m A , 1 8 V T r a n s f o r m e r 2 7 5 1 I 2 7 5 5 0 V R e c t i f i e r 5 0 1 5 0 i O p t o c o u p l e r 2 5 0 3 7 5 0 R e g u l a t o r s 5 0 3 1 5 0 P r i n t e d C i r c u i t B o a r d 8 5 0 1 8 5 0 S e n s o r H a l l s e n s o r 3 0 0 2 6 0 0 L i q u i d C r y s t a l 1 6 x 1 L C D 7 5 0 2 1 5 0 0 D i s p l a y C o n n e c t i n g T a p e w i r e s 1 5 0 1 1 5 0 P o w e r s u p p l y 5 0 0 m A , 1 8 V T r a n s f o r m e r 2 7 5 1 2 7 5 L M 7 8 x x R e g u l a t o r s 5 0 3 1 5 0 i D o t b o a r d 9 0 1 9 0 C a p a c i t o r s 2 0 5 0 V R e c t i f i e r 5 0 1 5 0 P o w e r P a c k 5 5 0 1 5 5 0 H o u s i n g W o o d ( M a h o g a n i ) 2 0 0 2 0 0 T e s t p o i n t s 2 8 I 1 6 A C t e r m i n a l s a n d B a n a n a c l i p s 2 0 8 I 1 6 0 I I ~- ~-- S t i c k e r s 1 5 0 I P l a s t i c b o a r d 2 8 5 M i s c e l l a n e o u s C i r c u i t w i r e s 1 6 0 L e a d w i r e s 8 0 S o l d e r i n g I r o n 1 5 0 1 1 5 0 B r e a d b o a r d 2 5 0 1 2 5 0 b o t a l P r o j e c t C o s t D o t b o a r d 1 2 0 3 3 6 0 2 4 1 6 0 4 3 5 . C o n c l u s i o n s I h i s p r o j e c t m a i n l y f o c u s e d o n d e v e l o p i n g a p r o g r a m m a b l e i n d u c t i o n m o t o r d r i v e a s a t e s t b e n c h w h e r e d i f f e r e n t t y p e s o f a l g o r i t h m s c a n b e u s e d t o c o n t r o l t h e s p e e d o f a n i n d u c t i o n m o t o r . B a s i c a l l y t h e s y s t e m c a n b e d i v i d e d i n t o s u b s y s t e m a s c o n t r o l u n i t , I c ; R T d r i v e r c i r c u i t u n i t a n d C o n v e r t e r & I n v e r t e r u n i t . T h e i m p o r t a n t t a s k w a s t o c o m b i n e t h e s e s u b s y s t e m s i n t o o n e s y s t e m w h e r e t h e s e s u b s y s t e m s a r c c o m p l e t e l y d i f f e r e n t t y p e s . T h a t m e a n s , t h e c o n t r o l c i r c u i t i s d e a l i n g w i t h D C 5 V s y s t e m a n d t h e C o n v e r t e r & I n v e r t e r s y s t e m i s d e a l i n g w i t h A C 5 0 0 V . I n b e t w e e n t h e s e t w o , t h e r e i s d r i v e r c i r c u i t w h i c h w i l l i s o l a t e t h e m i c r o c o n t r o l l e r c i r c u i t f r o m t h e h i g h v o l t a g e s i d e . A l s o t h e d r i v e r c i r c u i t w i l l a d d a d e a d b a n d b e t w e e n h i g h & l o w s i d e s i g n a l s . B y i n v o l v i n g i n t h i s p r o j e c t , I w a s a b l e t o f i n d s o m e p r a c t i c a l i s s u e s w h i c h a r c n o t s e e n i n t h e o r y . F o r o p t i c a l i s o l a t i o n , w e c a n u s e m a n y t y p e s o f o p t o c o u p l e r s , b u t \ \ e f o u n d t h e r e i s a n i s s u e o f s e l e c t i n g o n e w i t h p r o p e r r i s e a n d f a l l t i m e . B y u s i n g d i C f e r e n t m o d e l s , i t h a s b e e n f o u n d t h a t t h e 6 N l 3 5 t y p e o p t o c o u p l e r a r e v e r y m u c h s u i t a b l e f o r t h i s p u r p o s e , w h e r e i t h a s v e r y s m a l l r i s e t i m e & f a l l t i m e . A n o t h e r i s s u e w a s f o u n d r e g a r d i n g t h e s e l e c t i o n o f p r o p e r d r i v e r I C . E a r l i e r . I R 2 1 1 0 w a s u s e d w h e r e a n e x t e r n a l c i r c u i t w a s n e e d e d t o p r o d u c e t h e d e a d b a n d a n d t o i n v e r t t h e s i g n a l s . B u t i t w a s f o u n d I R 2 1 0 9 4 I C h a s t h e s e f e a t u r e s i n b u i l t w i t h s h a r p r i s i n g & f a l l i n g e d g e s . I t w a s d e c i d e d i n t h e s t a r t t o u s e O O p i c m i c r o c o n t r o l l e r f o r p r o d u c i n g a l l c o n t r o l s i g n a l s . B u t w h e n w e d e a l w i t h t h a t , i t w a s f o u n d i t i s n o t s u i t a b l e f o r a p p l i c a t i o n s w i t h v e r y h i g h t i m e p r e c i s i o n r e q u i r e m e n t s . A l s o o n l y 2 P W M m o d u l e s \ \ e r e i n b u i l t t h e r e , w h e r e w e n e e d e d 3 t o p r o d u c e t h r e e p h a s e s i n u s o i d a l w a v e f o r m . O n l y s i x s t e p a l g o r i t h m , s p e e d d e t e c t i o n a n d u s e r i n t e r f a c i n g w a s i m p l e m e n t e d u s i n g t h i s a s a r e s u l t . S o t h e o o P I C i s n o t a s u i t a b l e c h o i c e f o r t h e a p p l i c a t i o n o f c o n t r o l l i n g ~ p h a s e i n d u c t i o n m o t o r . M a n y c h a l l e n g e s w e r e f a c e d w h i l e c a r r y i n g o n t h e p r o j e c t . T h e m a j o r i s s u e s a n d c h a l l e n g e s I f a c e d a n d h o w I o v e r c o m e t h o s e a r e i n c l u d e d i n t h i s r e p o r t . I n a d d i t i o n , a l l t h e p r o b l e m s I f a c e d w e r e g o o d l e s s o n s f o r m e a n d t h e h a n d s o n e x p e r i e n c e w i t h v a r i o u s c o m p o n e n t s h e l p e d a l o t i n i m p r o v i n g m y p r a c t i c a l k n o w l e d g e i n t h e s e a r e a s . 4 4 A n n e x t u r e A . C o d e i n o o P I C f o r s p e e d s e n s i n g & d i s p l a y i n g D i m A A s N e w o C y c l e T i m e L D i m 1 3 A s N e w o D I 0 8 D i m C A s N e w o D I O I D i m f r e q A s N e w o W o r d D i m s p e e d A s N e w o W o r d D i m d i s F r e q A s o L C D S u b M a i n ( ) A . I O L i n e = I A . O p e r a t e = c v T r u e B . I O G r o u p = I B . D i r e c t i o n = c v O u t p u t C . I O L i n e = 2 3 C . D i r e c t i o n = c v O u t p u t C a l l D i s p l a y F r e q u e n c y 0 L n d S u b S u b D i s p l a y F r e q u e n c y 0 d i s F r e q . l n i t d i s r r c q . C i e a r d i s F r e q A s o L C D ( 3 , I , 2 7 , 2 6 , c v 0 n ) D o f 3 . S t a t e = A . D u r a t i o n C . S t a t e = A . D u r a t i o n . N o n Z e r o J i - e q = ( 2 8 3 / ( 2 5 6 - D u r a t i o n ) ) * l 0 0 0 s p e e d = 6 0 * f r e q / l 0 0 0 L o o p l n d S u b d i s F r e q . L o c a t e ( I , I ) d i s F r e q . V S t r i n g = " O u t p u t F r e q u e n c y : " d i s F r e q . V S t r i n g = S t r $ ( f r e q ) + " H z " 4 5 1 3 . M i k r o C C o d e f o r S i n u s o i d a l P W M g e n e r a t i o n ' - s i n e t a b l e [ 1 9 ] = { O x O O , O x O l , O x 0 7 , O x l l , O x l D , O x 2 D , : x - : F , O x 5 3 , O x 6 9 , O x 7 F , O x 9 5 , O x A B , O x B F , O x D l , O x E l , O x E D , O x F 7 , , > : " " D , O x F F } ; ~~p L O C , T E M P L O C 1 , T E M P L O C 2 , F R E Q R E F H , F R E Q RE~ L , : J t y , t a b l e _ o f f s e t l , t a b l e _ o f f s e t 2 , t a b l e o f f s e t 3 , O F F S E T l ~LAG, ,~~sET2 F L A G , O F F S E T 3 F L A G ; :;~oR R U N N I N G = 0 , M O T O R D I R E C T I O N = 0 , T I M E R l O V F L A G = 0 , f - _ , d \ ] l ; E F R E Q = 0 ; ,,,~ ; , - T I M E R l P R E S C A L E = 1 6 ; - : ' , - , , : I N S T R U C T I O N C Y C L E = 5 0 0 0 0 0 0 ; • : F R E Q S C A L E = ( I N S T R U C T I O N C Y C L E / ~G:/(TIMERl P R E S C A L E / 4 ) ; S E T F R E Q , N E W F R E Q , F R E Q T E M P , T I M E R l V A L U E ; A D C O N V C O M P L E T E ( ) ; i n i t ( ) ; S E T A D C G O ( ) ; U P D A T E _ P W M _ D U T Y C Y C L E S ( ) ; U P D A T E T A B L E O F F S E T ( ) ; I N I T _ M O T O R _ P A R A M E T E R S ( ) ; T I M E R l _ O V E R F L O W ( ) ; C A L C U L A T E F R E Q U E N C Y ( ) ; C O N V E R T F R E Q U E N C Y ( ) ; B Y P A S S ( ) ; Htd~n ( ) { I N l T ( ) ; I N I T M O T O R P A R A M E T E R S ( ) ; ( l ) { ( T I M E R l O V F L A G ! = l ) B Y P A S S ( ) ; { T I M E R l O V F L A G = 0 ; U P D A T E _ P W M _ D U T Y C Y C L E S ( ) ; U P D A T E T A B L E O F F S E T ( ) ; B Y P A S S ( ) ; i n i t ( ) { I N T C O N = O x O O ; ' : ' l C O N = O x 3 1 ; ? C O N = O x 0 3 ; P I R l = O x O O ; P I E l = O x O O ; A D C O N l = O x 8 C ; T R I S A = O x 0 7 ; P I E l . T M R l i E = 1 ; P I E l . A D I E = 1 ; I N T C O N . R B I E = 1 ; 4 6 ' 0 : T C O N . P E I E = 1 ; : : : N T C O N . G I E = 1 ; B Y P A S S ( ) { S E T A D C G O ( ) ; K E Y C H E C K ( ) ; i n t e r r u p t ( ) { ( P I R 1 . A D I F ! = 0 ) A D C O N V C O M P L E T E ( ) ; - - • ~ ( P I R 1 . T M R 1 I F ! = 0 ) T I M E R 1 O V E R F L O W ( ) ; A D C O N V C O M P L E T E ( ) { - - - P I R l . A D I F = 0 ; N E W F R E Q A d c R e a d ( O ) ; T I M E R 1 O V E R F L O W ( ) { l~R1H = F R E Q R E F H ; T M R 1 L = F R E Q R E F L ; T I M E R 1 O V F L A G = 1 ; P I R 1 . T M R 1 I F = 0 ; I N I T M O T O R P A R A M E T E R S ( ) - - T A B L E O F F S E T 1 = O x 0 9 ; T A B L E O F F S E T 2 = O x 0 3 ; T A B L E O F F S E T ] O F F S E T 1 F L A G O F F S E T 2 F L A G O F F S E T ] F L A G O x O F ; 1 ; 0 ; 0 ; F R E Q R E F H = O x F 9 ; T M R 1 H = F R E Q R E F H ; F R E Q R E F L = O x 3 7 ; T M R 1 L = F R E Q R E F L ; T J V ! R O = O x B 1 ; T I M E R 1 O V F L A G = 1 ; P W M 1 I n i t ( 2 0 0 0 0 ) ; P W M 2 I n i t ( 2 0 0 0 0 ) ; P W M 3 I n i t ( 2 0 0 0 0 ) ; P w m 1 S t a r t ( ) ; P w m 2 S t a r t ( ) ; P w m 3 S t a r t ( ) ; S E T J I . D C G O ( ) { ( M O T O R R U N N I N G ! = 1 ) { ( A D C O N O . G O = 1 ) , , C O N V E R T F R E Q U E N C Y ( ) ; 4 7 C O N V E R T F R E Q U E N C Y ( ) { (~EW_FREQ ! = S E T F R E Q ) C H A N G E F R E Q = 1 ; S E T F R E Q = N E W F R E Q ; - - - - C A L C U L A T E F R E Q U E N C Y ( ) ; C A L C U L A T E F R E Q U E N C Y ( ) { F R E Q T E M P = F R E Q S C A L E / S E T F R E Q ; - - T I M E R 1 V A L U E = O x F F F F - F R E Q T E M P ; F R E Q R E F L F R E Q R E F H L o ( T I M E R 1 V A L U E ) ; H i ( T I M E R 1 V A L U E ) ; U P D A T E P W M D U T Y C Y C L E S ( ) { T E M P L O C = S E T _ F R E Q * s i n e t a b l e [ t a b l e o f f s e t 1 ] ; T~MP L O C 1 = S E T F R E Q * s i n e t a b l e [ t a b l e o f f s e t 2 ] ; T E M P L O C 2 = S E T F R E Q * s i n e t a b l e [ t a b l e offse~3]; P W M 1 _ C h a n g e D u t y ( T E M P L O C ) ; P W M 2 C h a n g e D u t y ( T E M P L O C 1 ) ; P W M 3 C h a n g e D u t y ( T E M P L O C 2 ) ; U P D A T E _ T A B L E _ O F F S E T ( ) { ( O F F S E T 1 F L A G = = 1 ) { ~( ( T A B L E _ O F F S E T 1 - 1 8 ) < 0 ) T A B L E O F F S E T 1 + + ; O F F S E T 1 F L A G = 0 ; T A B L E O F F S E T 1 - - ; " ( T A B L E O F F S E T 1 0 ) O F F S E T 1 F L A G = 1 ; ( O F F S E T 2 F L A G = = 1 ) ( ( T A B L E O F F S E T 2 - 1 8 ) < 0 ) T A B L E O F F S E T 2 ~+; O F F S E T 2 F L A G = 0 ; T A B L E O F F S E T 2 - - ; ( T A B L E O F F S E T 2 0 ) O F F S E T 2 F L A G = 1 ; ( O F F S E T 3 F L A G = = 1 ) { ( ( T A B L E O F F S E T 3 - 1 8 ) < 0 ) T A B L E O F F S E T 3 + + ; O F F S E T 3 F L A G = 0 ; T A B L E O F F S E T 3 - - ; ( T A B L E O F F S E T 3 0 ) O F F S E T 3 F L A G = 1 ; 4 8 . . j:::.. . ' - 0 rr c C o n tr o l S j_ gn al I I - - - · • I . 10 p -~ -- -- · •-: --- ~-- -- ~ f m- JW v - - - · ' ' 3 9k • · - - l L _ _ j 41 rn . / ' ( ~ 1 l1 1 I · . :;:: 1 0' Jn 3 LM /8 05 R eg ul at or :::= 1 oo l , J I 1 . · · - - . . - - - - - I 3 : 12 .. - - - - · - · LM 78 15 R eg ul at or Kf 1 _ · · r· IO O rn - - - - - - - - - - - · L - - ·- - - - - - - · . . . . . _ _ - - I n 1 L . . . . _ _ _ _ _ _ _ J - - - - - - - - - - - V v\ 47 2 · · · 1 Br rd ge R ec trf re r 18 V f\C S up pl y 1 st U pp er g a te s iq r1 al ?n d U pp er g a te s 1 g n al cl (Jl lC : I r· g, l t (:_ :> I 1 ~ r - , ~ (j 0 3 " 0 ;:;- -(!) -::r '" I (!) (!) " 0 ::r ~ " ' (!) ~ '" I ~· (!) '" I (j . . . . '" I n = . . . . - ~ . . . . ~ (JC i '" I ~ 3 R e f e r e n c e : [ l ] . I N D U C T I O N M O T O R C O N T R O L I r v i n g G . H a n s e n N a t i o n a l A e r o n a u t i c s a n d S p a c e A d m i n i s t r a t i o n L e w i s R e s e a r c h C e n t e r C l e v e l a n d , O h i o 4 4 1 3 5 ] 2 ] . A P R A C T I C A L T U T O R I A L O N A N I G B T D R I V E M a g n u s G . J . L i n d a n d W i l l i a n G . D u n f o r d E l e c t r i c a l & C o m p u t e r E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t , 2 3 5 6 M a i n M a l l U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a V a n c o u v e r , B C V 6 T 1 Z 4 , C a n a d a E m a i l : l a h o m a w @ a o l . c o m a n d w g d @ e c e . u b c . c a l 3 ] . P R A C T I C A L D E S I G N C O N S I D E R A T I O N S O F A L O W C O S T V A R I A B L E S P E E D D R I V E A m a r a s i n g h e N . D . , P e i r i s R . L . , D e S i l v a E . L . , K u m a r a G . K . A . , K u m a r a w a d u S . , K a r u n a d a s a J . P D e p t . o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a , M o r a t u w a , S r i L a n k a E m a i l : n i s a l 0 2 g e l e c t . m r t . a c . l k , E m a i l : r o s h a n 8 2 g g m a i l . c o m , e r a n g a l d s g y a h o o . c o m , a t h u l a 0 2 g e l e c t . m r t . a c . l k [ 4 ] . I G B T G A T E D R I V E C I R C U I T W I T H I N - B U I L T P R O T E C T I O N A N D I M M U N I T Y T O T R A N S I E N T F A U L T B . M a j u m d a r , P . M u k h e r j e e , F . A . T a l k d a r a n d S . K . B i s w a s , S r . M e m b e r , D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , J a d a v p u r U n i v e r s i t y , C a l c u t t a 7 0 0 0 3 2 , I N D I A l 5 J . A C D R I V E S B y K r i s h a n [ 6 ] . N E W T H I R D G E N E R A T I O N F U J I I G B T M O D U L E - N S E R I E S A p p l i c a t i o n M a n u a l [ 7 ] . H A L L S E N S O R A P P L I C A T I O N I N F O R M A T I O N A p p l i c a t i o n N o t e 2 7 7 0 1 B l 8 ] . H A L L A P P L I C A T I O N S G U I D E , M E L E X I S M i c r o e l e c t r o n i c s , C o n c o r d , N . H . , 1 9 9 7 ] 9 ] . I G B T G A T E D R I V E C I R C U I T W I T H I N - B U I L T P R O T E C T I O N A N D I M M U N I T Y T O T R A N S I E N T F A U L T B . M a j u m d a r , P . M u k h e r j e e , F . A . T a l k d a r a n d S . K . B i s w a s , S r . M e m b e r , D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , J a d a v p u r U n i v e r s i t y , C a l c u t t a 7 0 0 0 3 2 , I N D I A 5 0 . . 1 1 O J . A S S E S S M E N T O F D I R E C T T O R Q U E C O N T R O L F O R I N D U C T I O N M O T O R D R I V E S D . C A S A D E I , G . S E R R A , A . T A N I , a n d L . Z A R R I D e p a r t m e n t o f I n d u s t r i a l E l e c t r i c a l , U n i v e r s i t y o f B o l o g n a , 2 V i a l e R i s o g i m e n t o , 4 0 1 3 6 B o l o g n a , l t a l i a [ 1 1 ] . h t t p : / / w w w . o o p i c . c o m ( W e b S i t e ) I 1 2 ] . S T A B I L I Z A T I O N O F A N I N D U C T I O N M O T O R D R I V E - P A R T I : M O D E L I N G A N D A N A L Y S I S H e n r i k M o s s k u l l , J o h a n n G a l i c a n d B o W a h l b e r g B o m b a r d i e r T r a n s p o r t a t i o n , S E - 7 2 1 7 3 V a s t e n i s , S w e d e n S 3 - A u t o m a t i c C o n t r o l , K T H , S E - 1 0 0 4 4 S t o c k h o l m , S w e d e n [ 1 3 ] . A C I N D U C T I O N M O T O R C O N T R O L U S I N G C O N S T A N T V / f P R I N C I P L E A N D A N A T U R A L P W M A L G O R I T H M A t m e l A p p l i c a t i o n N o t e 7 5 4 5 A - A V R - 1 2 / 0 5 [ 1 4 ] . C O N T R O L O F E L E C T R I C A L D R I V E S , 2 n d E d W . L e o n h a r d , S p r i n g e r 1 9 9 6 [ 1 5 ] . A P P L I E D N O N L I N E A R C O N T R O L O F A N I N D U C T I O N M O T O R U S I N G D I G I T A L S I G N A L P R O C E S S I N G T h o m a s v o n R a u m e r , J e a n M i c h e l D i o n , L u c D u g a r d a n d J e a n L u c T h o m a s , M e m b e r , Z E E E I E E E T r a n s , C o n t r o l S y s t e m s T e c h n o l o g y , V o l . 2 , N o . 4 , p p . 3 2 7 - 2 3 5 , D e c . 1 9 9 4 [ 1 6 ] . U S I N G T H E M C 3 P H A C M O T O R C O N T R O L L E R D . W i l s o n F r e e s c a l e S e m i c o n d u c t o r , A N 2 9 8 8 , R e v . 1 . 2 , 1 1 / 2 0 0 5 I 1 7 ] . D I G I T A L S I G N A L P R O C E S S I N G S O L U T I O N F O R A C I N D U C T I O N M O T O R A p p l i c a t i o n N o t e B P R A 0 4 3 [ 1 8 ] . A S E N S O R L E S S S P E E D C O N T R O L U S I N G S T A T O R R I P P L E C U R R E N T S F O R A N I N D U C T I O N M O T O R D R I V E W I T H S P A C E P H A S O R P W M K . K . M o h a p a t r a , K . G o p a k u m a r , M . R . B a i j u , B a l a r a m a V . M u r t y [ 1 9 ] . D I R E C T T O R Q U E C O N T R O L M E T H O D S F O R P W M I N V E R T E R - F E D I N D U C T I O N M O T O R D R I V E S - A S U R V E Y M a r i a n P . K a z m i e r k o w s k i I n s t i t u t e o f C o n t r o l a n d I n d u s t r i a l E l e c t r o n i c s W a r s a w U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ! 2 0 ] . P R E D I C T I V E C O N T R O L O F I N V E R T E R S U P P L I E D E L E C T R I C A L D R I V E S R a l p h K e n n e l , S e n i o r M e m b e r I E E E , A r n e L i n d e r 5 1 E l e c t r i c a l M a c h i n e s a n d D r i v e s W u p p e r t a l U n i v e r s i t y D - 4 2 0 9 7 W u p p e r t a l , G e r m a n y [ 2 1 ] . A N E W S P E E D - C O N T R O L M E T H O D F O R I N D U C T I O N M O T O R S P e t e r M u t s c h l e r D a r m s t a d t U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y D e p a r t m e n t o f P o w e r E l e c t r o n i c s a n d D r i v e s L a n d g r a f - G e o r g - S t r . 4 D - 6 4 2 8 3 D a r m s t a d t [ 2 2 ] . F U N D A M E N T A L S O F D S P - B A S E D C O N T R O L F O R A C M A C H I N E S B y F i n b a r r M o y n i h a n , E m b e d d e d C o n t r o l S y s t e m s G r o u p V o l u m e 3 4 , N u m b e r 0 6 , O c t o b e r , 2 0 0 0 h t t p : / / w w w . a n a l o g . c o m / l i b r a r y / a n a l o g D i a l o g u e / a r c h i v e s / 3 4 - 0 6 / d s p / D S P . p d f 5 2 T O S H I B A 6 N 1 3 5 , 6 N 1 3 6 T O S H I B A P H O T O C O U P L E R G a A e A s I R E D & P H O T O I C D I G I T A L L O G I C I S O L A T I O N . L I N E R E C E I V E R . P O W E ' R S U P P L Y C O N T R O L S W I T C H I N G P O W E R S U P P L Y T R A N S I S T O R I N V E R T E R 6 N 1 3 5 , 6 N 1 3 6 T h e T O S H I B A 6 N 1 3 5 a n d 6 N 1 3 6 c o n s i s t s o f a h i g h e m i t t i n g d i o d e a n d " o n e c h i p p h o t o d i o d e - t r a n s i s t o r . E a c h u n i t i s 8 - l e a d D I P p a c k a g e . i " d a t i o n V o l t a g e : 2 5 0 0 V r m s ( M i n . ) l l i g h S p e e d : t p H L , t p L H = 0 . 5 , u s ( T y p . ) ( R L = l . 9 k D ) f T L C o m p a t i b l e I • B a s e P i n i s O p e n , O u t p u t S i g n a l w i l l b e N o i s y b y h w i r o n m e n t a l C o n d i t i o n . F o r T h i s B a s e , T L P 5 5 0 i s S u i t a b l e 1 • L R e c o g n i z e d : U L 1 5 7 7 , F i l e N o . E 6 7 3 4 9 U n i t i n m m B 7 6 5 c : J " " ~· - - " ' c 1 2 3 4 ~~ 9 6 6 ± 0 . 2 5 ~J ~\" ' + I 2 . 5 4 ~ 0 . 2 5 1 1 - 1 0 C 4 T O S H I B A 1 1 - 1 0 C 4 W e i g h t : 0 . 5 4 g P I N C O N F I G U R A T I O N S 1 0 a 8 2 l j 7 3 6 4 5 1 : N . C . 2 : A N O D E 3 : C A T H O D E 4 : N . C . 5 : E M I I T E R 6 : C O L L E C T O R 7 : B A S E , A N O D E 8 : C A T H O D E Ip~ I~CB 8 V e e - 1 . - 7 V B ' I r o V F t [ ] - 6 V o 3 5 G N D 9 6 1 0 0 1 E B C 2 I " I ' " " ' A 1 s c o n t 1 n u a l l y w o r k i n g . t o i m p r o v e t h e q u a l i t y _ a n d t h e r e l i a b i l i t y o f i t s p _ r o d u c t s . N e v e r t h e l e s s , s e m i c o n d u c t o r d e v i c e s i n g e n e r a ! c a n · , " ( _ t : o n o r f a 1 l d u e t o t h e 1 r I n h e r e n t e l e c t r i c a l s e n s i t 1 v 1 t y a n d v u l n e r a b i l i t y t o p h y s 1 c a l s t r e s s . I t i s t h e r e s p o n s 1 b i l 1 t y o f t h e b u y e r , w h e n u t i l i Z i n g " 1 : 3 A p r o d u c t s , t o o b s e r v e s t a n d a r d s o f s a f e t y , a n d t o a v o i d s i t u a t i o n s i n w h i c h a m a l f u n c t i o n o r f a i l u r e o f a T O S H I B A p r o d u c t c o u l d c a u s e l o s s . . o 1 a r ' ' f e . b o d : l y 1 n j u r y o r d a m a g e t o p r o p e r t y . I n d e v e l o p : n g y o u r d e s i g n s , p l e a s e e n s u r e t h a t T O S H I B A p r o d u c t s a r e u s e d w 1 t h i n s p e c i f i e d , d r ' , 9 r a n g e s a s s e t f o r t h 1 n t h e m o s t r e c e n t p r o d u c t s s p e c i f i c a t i o n s . A l s o , p l e a s e k e e p i n m i n d t h e p r e c a u t i o n s a n d c o n d i t i o n s s e t f o r t h i n t h e · 1 l : l / \ S e m 1 c o n d u c t o r R e l 1 a b i l 1 t y H a n d b o o k . 1 9 9 8 - 0 2 - 2 7 1 1 7 T O S H I B A MA\!r,~LJM R A T I N G S ( T a = 2 5 ° ( ) C H A R A C T E R I S T I C S Y M B O L r 1 r w n r d C u r r e n t ( N o t e 1 ) 2 l ' u l s e F o r w a r d C u r r e n t ( N o t e 2 ) ~ ' ! , ' t a l P u l s e F o r w a r d C u r r e n t ( N o t e 3 ) , . . 1 ' ! . z c v e r s e V o l t a g e I l i o d e P o w e r D i s s i p a t i o n ( N o t e 4 ) r - - r , , ( i u t p u t C u r r e n t ~ , , 0 , I ' e a k O u t p u t C u r r e n t ~ E m i t t e r - B a s e R e v e r s e V o l t a g e ( P i n 5 - 7 ) u S u p p l y V o l t a g e ~ 1 i u t p u t V o l t a g e ~ ·~'.:toe C u r r e n t ( P i n 7 ) 2 , . 1 ! c . t t p u t P o w e r D i s s i p a t i o n ( N o t e 5 ) - · O p c · r . t L i n g T e m p e r a t u r e R a n g e ~ St<>r~~ - 1 B : : : 1 0 o d ; : < " - ~~ - 1 . o o 6 " ' < s 9 , . . . z " ' ~ ~ 0 E - < ~ c . , . . . ~ 0 ~ 9 C l " ' " ' " " < : s ' " 0 z 4 - 1 . 0 . 1 0 . 3 0 . 5 1 0 3 0 F O R W A R D C U R R E N T I F ( r n A ) I o - I F 1 ~111tllllllllllllll~ 0 . 5 f - - - ) 0 - 3 / I T l 0 . 1 I I I I I ' 0 . 0 5 1 V e e 5 V 0 . 0 3 V o = 0 . 4 V T a = 2 5 ° C 0 . 0 1 ' - - _ J _ . . L J . . . l l J W L _ . L . . J _ L L L L l l L _ _ _ _ _ _ _ j 0 . 1 0 . 3 0 . 5 3 5 1 0 3 0 5 0 1 0 0 3 0 0 F O R W A R D C U R R E N T I F ( m A ) I o ; I F - T a 1 . " ' I 1 . · 0 . - - - r r - - - 0 v - - r - - . ~ / 1 - I - - s v i ! ' - . . 0 . 6 I N O R M A L I Z E D 0 . 4 T O : - · - - I F = l G m A 0 . 2 v c c = 4 . 5 V V o = 0 . 4 V l - 4 0 - 2 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 A M B I E N T T E M P E R A T U R E T a ( ° C ) 1 9 9 8 - 0 2 - 2 7 6 / 7 I = U . I I c~nJ.,(ql, · . 1 , ' i ~~.:~1 i r e s ± t m i ' ± I G B T . : : e - : : ; . : t - J v ~Nyi)-AJ 7 M B R 1 5 N F 1 2 0 f~:tft~ • ~il.A-1 · ; r T - ~ ?~mrNy I J - x J 1 2 0 0 V / 1 5 A / P I M ·~~~ : F e a t u r e s e~:.t.A 1 · : ; 7 - : - - ' / H i g h S p e e d S w i t c h i n g ef!!:I±~IIJ V o l t a g e D r i v e e~1~Y~9:--.A~~~-~-~ L o w I n d u c t a n c e M o d u l e S t r u c t u r e e : J : - - " ' - 7 Y 1 = 1 " - ~-7 1 1 ·:;~ · 1 > ' - 1 1 - S . · ; ; - 7 7 t . - - . : : f ! E l " i * J i i l C o n v e r t e r D i o d e B r i d g e D y n a m i c B r a k e C i r c u i t • m ~ : A p p l i c a t i o n s e . : r - : $ ' I ! R I ! J f f l - 1 ~" , _ 9 l n v e r t e r f o r M o t o r D r i v e e A C , D C - t t - # 7 ~ 7 A C a n d D C S e r v o D r i v e A m p l i f i e r e$~1111!~ U n i n t e r r u p t i b l e P o w e r S u p p l y •;E~ t ~ti : M a x i m u m R a t i n g s a n d C h a r a c t e r i s t i c s e~M~:k~:ta: A b s o l u t e M a x i m u m R a t i n g s ( T c = 2 5 ' C ) - I t e m s S y m b o l s - - : : n , . . ? 7 · I . ~ ·~ 7 r.llt~B: ~ Y c E s " ' I f - " ·I.~·~ 7r.JJ?~:J:E V G E S - D : : ~ w - · · W l e - D C l c " ' e s : : J v ? 9 ' 1 1 m t l m s l c p u l s e i > " z D C - l c ' ~:;;l;Ji'l.9:: O n e P c : n . - - ? 9 . I . ~ ·~ : $ ' J m t l l . f Y c E s ' : _ I f - " • I.~·~ 7 r . J J 1 1 W : V G E S : : ' :::Jt--?7'11~ D C l c a : : c u l m s l c P u l s e < . : ) : . 0 : : . - < ( l i t : : l : i I l&:*::!Jt~ I O n e P c " 1:::'-?~~L~W V R R M .1JZ:i-3J~~~jjlt J F ( A V ) ~ +r-.Y'Itt~ l e s M - J::.'-?~~L~?itff V R R M L e . : . : . . ? ~H"'~ L ~~J:E V R S M ~ 0 ~ -¥±-3J!±l:t.J'!It~ l o , _ _ C ) \!~ ~ :..~ ~ Jt~+r-.Y'lll::im {11=~i& L - ) I F S M 0 u Jt~l't {~I=~~L) - - · N::~l5\lj.ffil.J!r T J - - - - - - - l ! f i ' f . i f f i \ ! i T s t g ~~mJIEE V J s o t n % 1 t ' 1 r J v ? M o u n t i n g * l • ' i f t ' i f ! ( , l [ : R e c o m m e n d a b l e v a l u e : 1 . 3 - 1 . 7 N · m ( 4 ' r - b . A F 9 4 - 3 6 B ) C o n d i t i o n R a t i n g s U n i t s 1 2 0 0 v ± 2 0 v 1 5 3 0 , A - - - - - - - 1 1 5 1 2 0 w 1 2 0 0 v . : ' : : : 2 0 v 1 0 A . 2 5 A - - 8 8 w 1 2 0 0 v l , A i l O m s 5 0 A 1 6 0 0 v 1 7 0 0 v 5 0 / 6 0 H Z 2 5 A : i E 5 ! 5 & : T J = 1 5 0 ' C 3 2 0 A l O m s T J = 1 5 0 ' C l D m s 5 1 2 A ' s + 1 5 0 " C -40"~+125 " C A C : l m i n . A C 2 5 0 0 v 1 . 7 N · m · - 7 M B R 1 5 N F 1 2 0 ' . 1 ± . 1 ' 7 -~ y . : I . - J I , ; ·~~Ji~t.'fti: E l e c t r i c a l C h a r a c ' t e r i s t i c s ( T 1 = 2 5 ' C ) j ( p · 1 1 5 S y m b p l s C o n d i t i o n s ! - - - C h a r a c t e r i s t i c s I U n i t s m i n . I t y p . I m a x . ! I 2 0 t ~A ~-n- 7 ~ - v - - 1 I I 3 . 3 I v I j ' 0 I v : : : . . : . 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T u r n - o f f f a l l t : m e " ' i C I Y T l v { . , ) ( 4 ) ( S ) i l i k · r I~?:r:;r, d D e f i n i t i o n s D e s c r i p t i o n ! . . o g i c : i n p u t f o r h i g h s i d e g a t e d r i · : e r o u t p u t ( H O ) , i r 1 p h a s e ! _ o g r e : n p u t f o r l o w s r d e g a t e d r r v e r o u t p u t ( L O ) , i n p h a s e - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - · · - · · - - · - · - - - - - L o g i c G r o u n d ( I R 2 1 0 6 4 o n l y ) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - H : g h s i d e f l o a t i n g s u p p l y - - - - - - - - - - - - - - - - - · - · · · - - · · · · · - - - - - - - - - - - - - - - - H r g h s r d e g a t e d r r v e o u t p u t H r g h s i d e f l o a t r n g s u p p l y r e t u r n l . o w s : d e a n d l o g i c f i x e d s u p p l y L o w s r d e g a t e d r i v e o u t p u t L . o w s : d e r e t u r n d A s s i g n m e n t s --------------------~---------- 8 L e a d P D I P 8 L e a d S O I C I R 2 1 0 6 I R 2 1 0 6 S - ----------~~-------- - - - - - . - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ' · - - - - - - - \ _ _ ) ' · v e e Hi!·~ 1 4 L e a d P D I P 1 4 L e a d S O I C I R 2 1 0 6 4 I R 2 1 0 6 4 S \ \ i W V V . r f . c : - : . : r n 1 0 f i ) F i ' ] m e 1 . l n p u t ! O u t p u t T i m i n g D i a g r a m i i l o n ~ H O L O ! 1 ' - 1 o % 1 0 % - 1 ' - - - - F i g u r e 2 . S w i t c h i n g T i m e W a v e f o r m D e f i n i t i o n s H O - - . . : ~- M T 9 0 % \ \ LO~ F i g u r e 3 . D e l a y M a t c h i n g W a v e f o r m D e f i n i t i o n s 0 6 ( 4 ) ( S ) ----~~··--·· ; o 1 9 · 1 8 . 4 2 • r = f P _ R ~;I.F [ I j - _ j t i l ~-:l__E=: (~'-'-G C _ . . c l t - - = c , c . . _ l 6 1 1 I 7 / 1 I 1 4 / I ' 5 r - - - 1 - - , . _ _ _ _ 1 - _ - ( · \ · - 1 n - - _ ( , 5 3 3 [ . 2 1 0 ] . . i ~AX I - · I u . - L l i X 0 : c 3 5 6 l l r : l c · r r : : H ? ' . H l i r N O E S 1 CI~~[NSI0,\1~-JG fOLCRt.J~CII~C f l F R " " l . = 1 . 1 2 C O N T R O L L I N G Dllifi,SIO~ l i i C i l 3 D I M [ N S ! C N S A P f S H C " I t l ~~ 1 . 1 1 1 1 i ! J [ ' [ F ' · i e l . l [ J ) W A S u R E D I H T i l [ L [ . < I J S 1 : I ' E R P E f , C I C U L A R T O l l A lUI~ r L M • E C ( i i J D l i j [ N S i O N D O E S 1 ' 0 1 I l K I U D E I I O L D P R O · 1 . t T 1 ' F P R O T c i S I O N S SHI<~L I : O i E X C E i D 0 . 2 5 [ D I U ] f n l : \ I I 1 : " m J _ ~ [ ( f } ! o 2 5 [ . O I O J @ _ c ] l l _ © ! A Q } j 1 2 X 1 4 L e a d P D I P - - - - - - - - - - - - · - · - - - - · - - · - - - - - - - - - - , _ _ I [ 3 1 1 . ] 1 P s o [ J J 7 l _,~- ! I - ; \ - 1 C 5 J L ~_O_jjj H ~ - 1 ~0 I E S 4 ? r : " )ti,IE~SIO'H,C & : O L E I ! i ; l i C 1 N G P~P COIIlRC~~ \ G n i \ P G O I I I . I U ' . J l l : ' i DIMFNSIO~\ A~E S~O'lill 1 . \ . ' I I L I . ' . F F ' i ' I i i ' . . . I ' ' ] C L ! L I N E c : : u r , r : I , I S · o , E C E C C , U - l l ' l ~;IID!SIJ': S - 1 [ I H G " f - O f ! f f , c ; , . 1 · · 1 ~~· 5 . 2 1 - 4 C ] • r ' l I • _ ' l 8 C - = 2 , R 4 j r~j J L , ~ 2 5 l 0 1 0 , @ [ c - [ B @ [ w ,~ S , J ' ? 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J o u t V · i V < / V ' / 2 0 0 4 M i c r o c h i p T e c h n o l o g y I n c . ~ M I C : R O C : H I P P I C 1 6 F 7 X 7 D a t a S h e e t 2 8 / 4 0 / 4 4 - P i n , 8 - B i t C M O S F l a s h M i c r o c o n t r o l l e r s w i t h 1 0 - B i t A / D a n d n a n o W a t t T e c h n o l o g y D S 3 0 4 9 8 C ~ M I C R O C H I P P I C 1 6 F 7 X 7 2 8 / 4 0 / 4 4 - P i n , 8 - B i t C M O S F l a s h M i c r o c o n t r o l l e r s w i t h 1 0 - B i t A I D a n d n a n o W a t t T e c h n o l o g y L o w - P o w e r F e a t u r e s : · ' D w e r - M a n a g e d m o d e s : P r i m a r y R u n ( X T , R C o s c i l l a t o r , 7 6 ! J A , 1 M H z , 2 V ) R C _ R U N ( 7 ! J A , 3 1 . 2 5 k H z , 2 V ) S E C _ R U N ( 9 ! J A , 3 2 k H z , 2 V ) S l e e p ( 0 . 1 ~tA, 2 V ) · , n e r 1 O s c i l l a t o r ( 1 . 8 ! J A , 3 2 k H z , 2 V ) ' \ a t c h d o g T i m e r ( 0 . 7 ! J A , 2 V ) f w o - S p e e d O s c i l l a t o r S t a r t - u p O s c i l l a t o r s : f ! 1 r e e C r y s t a l m o d e s : L P , X T , H S ( u p t o 2 0 M H z ) f w o E x t e r n a l R C m o d e s J n e E x t e r n a l C l o c k m o d e : E C I O ( u p t o 2 0 M H z ) r ' t c r n a l O s c i l l a t o r B l o c k : 8 u s e r - s e l e c t a b l e f r e q u e n c i e s ( 3 1 k H z , 1 2 5 k H z , 2 5 0 k H z , 5 0 0 k H z , 1 M H z , 2 M H z , 4 M H z , 8 M H z ) A n a l o g F e a t u r e s : 1 J - : o r t , u p t o 1 4 - c h a n n e l A n a l o g - t o - D i g i t a l C o n v e r t e r : P r o g r a m m a b l e A c q u i s i t i o n T i m e C o n v e r s i o n a v a i l a b l e d u r i n g S l e e p m o d e D u a l A n a l o g C o m p a r a t o r s P r o g r a m m a b l e L o w - C u r r e n t B r o w n - o u t R e s e t ( B O R ) C i r c u i t r y a n d P r o g r a m m a b l e L o w - V o l t a g e D e t e c t ( L V D ) ' ' I P I D [ I J I J e v i c e C 1 6 F 7 3 7 C 1 6 F 7 4 7 C 1 6 F 7 6 7 C 1 6 F 7 7 7 P r o g r a m M e m o r y ( # S i n g l e - W o r d I n s t r u c t i o n s ) 4 0 9 6 4 0 9 6 8 1 9 2 8 1 9 2 2 0 0 4 M i c r o c h i p T e c h n o l o g y I n c . . ! ! ! D a t a a . S R A M 1 / 0 : : : l . . . . . . ( B y t e s ) Q ) : E 3 6 8 2 5 1 6 3 6 8 3 6 1 7 3 6 8 2 5 1 6 3 6 8 3 6 1 7 1 0 - b i t A I D ( c h ) 1 1 1 4 1 1 1 4 P e r i p h e r a l F e a t u r e s : H i g h S i n k / S o u r c e C u r r e n t : 2 5 m A • T w o 8 - b i t T i m e r s w i t h P r e s c a l e r T i m e r 1 / R T C m o d u l e : - 1 6 - b i t t i m e r / c o u n t e r w i t h p r e s c a l e r - C a n b e i n c r e m e n t e d d u r i n g S l e e p v i a e x t e r n a l 3 2 k H z w a t c h c r y s t a l M a s t e r S y n c h r o n o u s S e r i a l P o r t ( M S S P ) w i t h 3 - w i r e S P I ™ a n d 1 2 C ™ ( M a s t e r a n d S l a v e ) m o d e s A d d r e s s a b l e U n i v e r s a l S y n c h r o n o u s A s y n c h r o n o u s R e c e i v e r T r a n s m i t t e r ( A U S A R T ) T h r e e C a p t u r e , C o m p a r e , P W M m o d u l e s : - C a p t u r e i s 1 6 - b i t , m a x . r e s o l u t i o n i s 1 2 . 5 n s - C o m p a r e i s 1 6 - b i t , m a x . r e s o l u t i o n i s 2 0 0 n s - P W M m a x . r e s o l u t i o n i s 1 0 b i t s • P a r a l l e l S l a v e P o r t ( P S P ) - 4 0 / 4 4 - p i n d e v i c e s o n l y S p e c i a l M i c r o c o n t r o l l e r F e a t u r e s : F a i l - S a f e C l o c k M o n i t o r f o r p r o t e c t i n g c r i t i c a l a p p l i c a t i o n s a g a i n s t c r y s t a l f a i l u r e • T w o - S p e e d S t a r t - u p m o d e f o r i m m e d i a t e c o d e e x e c u t i o n • P o w e r - o n R e s e t ( P O R ) , P o w e r - u p T i m e r ( P W R T ) a n d O s c i l l a t o r S t a r i - u p T i m e r ( O S T ) • P r o g r a m m a b l e C o d e P r o t e c t i o n P r o c e s s o r R e a d A c c e s s t o P r o g r a m M e m o r y • P o w e r - S a v i n g S l e e p m o d e I n - C i r c u i t S e r i a l P r o g r a m m i n g ™ ( I C S P T M ) v i a t w o p i n s M P L A B ® I n - C i r c u i t D e b u g ( l C D ) v i a t w o p i n s M C L R p i n f u n c t i o n r e p l a c e a b l e w i t h i n p u t o n l y p i n " ' M S S P . . . 0 n ; . . . C C P A U S A R T T i m e r s I l l 1 2 C ™ a . ( P W M ) 8 / 1 6 - b i t E S P I ™ 0 ( M a s t e r ) ( . ) 2 3 Y e s Y e s Y e s 2 / 1 2 3 Y e s Y e s Y e s 2 / 1 2 3 Y e s Y e s Y e s 2 / 1 2 3 Y e s Y e s Y e s 2 / 1 D S 3 0 4 9 8 C - p a g e 1 P I C 1 6 F 7 X 7 P i n D i a g r a m s P D I P , S O I C , S S O P ( 2 8 - p i n ) . . - - - r - - - - M C L R I V P P / R E 3 -~ RAO/ANO~ R A 1 / A N 1 ~ R A 2 / A N 2 1 V R E F - / C V R E F - - - - . 4 R A 3 / A N 3 1 V R E F + - - - - . 5 R A 4 / T O C K I / C 1 O U T - - - - . 6 , , A N 4 / L V D I N / S S I C 2 0 U T - 7 Vss~ 8 O S C 1 / C L K I / R A 7 - - - - . 9 O S C 2 / C L K O / R A 6 - - - - . R C O I T 1 0 S O ! T 1 C K I - - - - . 1 1 R C 1 / T 1 O S I / C C P 2 ( 1 l - - - - . R C 2 / C C P 1 - - - - . R C 3 / S C K I S C L - - - - . . . . . . . 1 0 . . . . . . t : : M . . . . . . u . 1 0 . . . . . ( . ) a : - R B 7 / P G D _ . R B 6 / P G C _ . R B 5 / A N 1 3 / C C P 3 . . - . . . R B 4 / A N 1 1 - . R B 3 / C C P 2 ( 1 l t A N 9 _ . R B 2 / A N 8 _ . R B 1 / A N 1 0 _ . R B O / I N T / A N 1 2 - v o o - v s s _ . R C 7 / R X / D T _ . R C 6 / T X / C K _ . R C 5 / S D O _ . R C 4 / S D I / S D A " ' " ' 0 . . w u ~ > 2 Q F N ( 2 8 - p i n ) ...-a&ou~;: z z < : 0 ( ' ) z z ~ ~ I : J " " ' " " ' ~ ~ ~~u~~~~ Q F N ( 4 4 - p i n ) R C 7 1 R X / D T ~ R D 4 / P S P 4 - R D 5 / P S P 5 - R D 6 / P S P 6 , . _ . . R D 7 / P S P 7 ~ v s s - - - - - - - - - - v o o - - - - - - - - - - V D D : i l i : I~T/AN12 R B 1 / A N 1 0 R B 2 / A N 8 ~;;:; ~u u~ ( § d > 2 a Qo~~~0::6:~0::88 XOOUJUJUJUJUU~~ t:~~2t:t: r . D L ( ) - . ; ; t C 0 N . . - - O C 0 N . . - - O u u u o o o o u u u u 0 : : 0 : : 0 : : 0 : : 0 : : 0 : : 0 : : 0 : : 0 : : 0 : : 0 : : ! t t t ! t t t t t t " < j " ( " ) N . . - - O ( J ) C O t - - - C O L O " < j " . . . ; : t " < j " " < j " " C ; j " . . ; ; t ( " ' ) ( " ' ) ( " ' ) C " ' ) ( " ' ) ( " ' ) 1 0 3 3 2 3 2 3 3 1 4 P I C 1 6 F 7 4 7 3 0 5 2 9 6 2 8 7 P I C 1 6 F 7 7 7 2 7 8 2 6 9 2 5 1 0 2 4 1 1 2 3 N M . . q - l ( ) < . O f ' - C O Q ) O . . . - - N . . . - - . . . - - . . - - . . . - . . . - - . . . - - . . - - . . - - N N N t t l l t t l l l l m o . . . - - M O O M O . . - - u _ + Z z . . . - - n _ ( 9 c . J W Z Z W L . L ~ ~Ure:o..~~~:§:~ ~ ~~~§&~~~~ 0 . . ~~ o : : o : : < 0 : : 0 : : " - Z u ~ l : s ~ ~ > 2 " ' u <~ ~ ~ : : : ; : ~0:: 0 : : < { 0 l < { 0 : : 0 : : 0 : : : 2 ' 0 : : 0 : : 0 : : 0 : : tt~lttt . · - . c i F 7 3 7 1 9 1 8 V s s - - O S C 1 / C L K I / R A 7 - O S C 2 / C L K O / R A 6 - - - - . 5 P I C 1 6 F 7 6 7 1 7 O S C 2 / C L K O / R A 6 O S C 1 / C L K I / R A 7 V s s V s s N C V D D R E 2 / C S / A N 7 R E 1 / W R / A N 6 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 t t t l t t t -;:~_j..:o~ ~'No..uoou S:!o..tl~~~x t:u-~o"'>- g~Lj~~~8 o U J O : : ? i " " o : : o u u f f = o : : O : : o - u~ 0::~ R E O / R D / A N 5 R A 5 / A N 4 / L V D I N / S S / C 2 0 U T R A 4 / T O C K I / C 1 0 U T 1 6 1 5 ' J o t e 1 : P i n l o c a t i o n o f C C P 2 i s d e t e r m i n e d b y t h e C C P M X b i t i n C o n f i g u r a t i o n W o r d R e g i s t e r 1 . . . . . . . - - v o o - - - v s s - R C 7 / R X / D T ~98C-page 2 © 2 0 0 4 M i c r o c h i p T e c h n o l o g y I n c . P I C 1 6 F 7 X 7 l 1 D i e o f C o n t e n t s _ e v 1 c e O v e r v i e w . \ ' e r n o r y O r g a n i z a t i o n . k e a d 1 n g P r o g r a m M e m o r y . C s c 1 1 1 a t o r C o n f i g u r a t i o n s . . " ) P o r t s . 1 m e r O M o d u l e . l . m e r 1 M o d u l e . l r n e r 2 M o d u l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . . . . . . . . . . . . . . . · · · · · · · · · · · · · · · · 1 5 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 3 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 4 9 7 3 7 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 5 C a p t u r e / C o m p a r e / P W M M o d u l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 7 ~.:aster S y n c h r o n o u s S e r i a l P o r t ( M S S P ) M o d u l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3 l~ddressable U n i v e r s a l S y n c h r o n o u s A s y n c h r o n o u s R e c e i v e r T r a n s m i t t e r ( A U S A R T ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 3 A 1 1 a l o g - t o - D i g i t a l C o n v e r t e r ( A I D ) M o d u l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 1 ( o m p a r a t o r M o d u l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 1 C o m p a r a t o r V o l t a g e R e f e r e n c e M o d u l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 7 S p e c i a l F e a t u r e s o f t h e C P U . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 9 i • 1 s t r u c t i o n S e t S u m m a r y . I . • e v e l o p m e n t S u p p o r t . . E : l e c t r i c a l C h a r a c t e r i s t i c s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i ' C a n d A C C h a r a c t e r i s t i c s G r a p h s a n d T a b l e s . . . . . . . . f - ' ; J c k a g i n g I n f o r m a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 3 2 0 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . n 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 1 i i l l x A R e v i s i o n H i s t o r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 1 1 1 1 1 x B D e v i c e D i f f e r e n c e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 1 H ! I X c · C o n v e r s i o n C o n s i d e r a t i o n s . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ~3 1 - ; S u p p o r t . . . . . 2 7 1 · ' ' s I n f o r m a t i o n a n d U p g r a d e H o t L i n e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 1 R e s p o n s e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 2 · ' f 7 X 7 P r o d u c t I d e n t i f i c a t i o n S y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 3 T O O U R V A L U E D C U S T O M E R S , o u r i n t e n t i o n t o p r o v i d e o u r v a l u e d c u s t o m e r s w i t h t h e b e s t d o c u m e n t a t i o n p o s s i b l e t o e n s u r e s u c c e s s f u l u s e o f y o u r M i c r o c h i p · u d u c t s . T o t h i s e n d , w e w i l l c o n t i n u e t o i m p r o v e o u r p u b l i c a t i o n s t o b e t t e r s u i t y o u r n e e d s . O u r p u b l i c a t i o n s w i l l b e r e f i n e d a n d 1 h a n c e d a s n e w v o l u m e s a n d u p d a t e s a r e i n t r o d u c e d . ' 1 o u h a v e a n y q u e s t i o n s o r c o m m e n t s r e g a r d i n g t h i s p u b l i c a t i o n , p l e a s e c o n t a c t t h e M a r k e t i n g C o m m u n i c a t i o n s D e p a r t m e n t v i a r m 1 l a t d o c e r r o r s @ m i c r o c h i p . c o m o r f a x t h e R e a d e r R e s p o n s e F o r m i n t h e b a c k o f t h i s d a t a s h e e t t o ( 4 8 0 ) 7 9 2 - 4 1 5 0 . W e · , , ; ! c o m e y o u r f e e d b a c k . M o s t C u r r e n t D a t a S h e e t · o b t a i n t h e m o s t u p - t o - d a t e v e r s i o n o f t h i s d a t a s h e e t , p l e a s e r e g i s t e r a t o u r W o r l d w i d e W e b s i t e a t : h t t p : / / w w w . m i c r o c h i p . c o m u c a n d e t e r m i n e t h e v e r s i o n o f a d a t a s h e e t b y e x a m i n i n g i t s l i t e r a t u r e n u m b e r f o u n d o n t h e b o t t o m o u t s i d e c o r n e r o f a n y p a g e . · · , e l a s t c h a r a c t e r o f t h e l i t e r a t u r e n u m b e r i s t h e v e r s i o n n u m b e r , ( e . g . , D S 3 0 0 0 0 A i s v e r s i o n A o f d o c u m e n t D S 3 0 0 0 0 ) . E r r a t a , ' " r r a t a s h e e t , d e s c r i b i n g m i n o r o p e r a t i o n a l d i f f e r e n c e s f r o m t h e d a t a s h e e t a n d r e c o m m e n d e d w o r k a r o u n d s , m a y e x i s t f o r c u r r e n t 1 : 1 c e s . A s d e v i c e / d o c u m e n t a t i o n i s s u e s b e c o m e k n o w n t o u s , w e w i l l p u b l i s h a n e r r a t a s h e e t . T h e e r r a t a w i l l s p e c i f y t h e r e v i s i o n 1 s 1 l i c o n a n d r e v i s i o n o f d o c u m e n t t o w h i c h i t a p p l i e s . r , d e t e r m i n e i f a n e r r a t a s h e e t e x i s t s f o r a p a r t i c u l a r d e v i c e , p l e a s e c h e c k w i t h o n e o f t h e f o l l o w i n g : · M i c r o c h i p ' s W o r l d w i d e W e b s i t e ; h t t p : / / w w w . m i c r o c h i p . c o m · Y o u r l o c a l M i c r o c h i p s a l e s o f f i c e ( s e e l a s t p a g e ) ' h e n c o n t a c t i n g a s a l e s o f f i c e , p l e a s e s p e c i f y w h i c h d e v i c e , r e v i s i o n o f s i l i c o n a n d d a t a s h e e t ( i n c l u d e l i t e r a t u r e n u m b e r ) y o u a r e . : 1 u C u s t o m e r N o t i f i c a t i o n S y s t e m ~:.:ulster o n o u r w e b s i t e a t w w w . m i c r o c h i p . c o m t o r e c e i v e t h e m o s t c u r r e n t i n f o r m a t i o n o n a l l o f o u r p r o d u c t s . • 4 9 8 C - p a g e 4 © 2 0 0 4 M i c r o c h i p T e c h n o l o g y I n c . 1 . 0 D E V I C E O V E R V I E W r : s d o c u m e n t c o n t a i n s d e v i c e s p e c i f i c i n f o r m a t i o n b o u t t h e f o l l o w i n g d e v 1 c e s : P I C 1 6 F 7 3 7 P I C 1 6 F 7 4 7 P I C 1 6 F 7 6 7 P I C 1 6 F 7 7 7 ' 1 C 1 6 F 7 3 7 / 7 6 7 d e v i c e s a r e a v a i l a b l e o n l y i n 2 8 - p i n a c k a g e s , w h i l e P I C 1 6 F 7 4 7 / 7 7 7 d e v i c e s a r e a v a i l a b l e 1 4 0 - p i n a n d 4 4 - p i n p a c k a g e s . A l l d e v i c e s i n t h e · ' I C 1 6 F 7 X 7 f a m i l y s h a r e c o m m o n a r c h i t e c t u r e w i t h t h e J l l o w i n g d i f f e r e n c e s : T h e P I C 1 6 F 7 3 7 a n d P I C 1 6 F 7 6 7 h a v e o n e - h a l f o f t h e t o t a l o n - c h i p m e m o r y o f t h e P I C 1 6 F 7 4 7 a n d D l C 1 6 F 7 7 7 . T h e 2 8 - p i n d e v i c e s h a v e 3 1 / 0 p o r t s , w h i l e t h e 4 0 / 4 4 - p i n d e v i c e s h a v e 5 . T h e 2 8 - p i n d e v i c e s h a v e 1 6 i n t e r r u p t s , w h i l e t h e 4 0 / 4 4 - p i n d e v i c e s h a v e 1 7 . T h e 2 8 - p i n d e v i c e s h a v e 1 1 A I D i n p u t c h a n n e l s , , v h i l e t h e 4 0 / 4 4 - p i n d e v i c e s h a v e 1 4 . T h e P a r a l l e l S l a v e P o r t i s i m p l e m e n t e d o n l y o n t h e 4 0 / 4 4 - p i n d e v i c e s . L o w - P o w e r m o d e s : R C _ R U N a l l o w s t h e c o r e a n d ; J e r i p h e r a l s t o b e c l o c k e d f r o m t h e I N T R C , w h i l e S E C _ R U N a l l o w s t h e c o r e a n d p e r i p h e r a l s t o b e c l o c k e d f r o m t h e l o w - p o w e r T i m e r 1 . R e f e r t o S e c t i o n 4 . 7 " P o w e r - M a n a g e d M o d e s " f o r f u r t h e r d e t a i l s . I n t e r n a l R C o s c i l l a t o r w i t h e i g h t s e l e c t a b l e f r e q u e n c i e s , i n c l u d i n g 3 1 . 2 5 k H z , 1 2 5 k H z , 2 5 0 k H z , 5 0 0 k H z , 1 M H z , 2 M H z , 4 M H z a n d 8 M H z . T h e I N T R C c a n b e c o n f i g u r e d a s a p r i m a r y o r s e c o n d a r y c l o c k s o u r c e . R e f e r t o S e c t i o n 4 . 5 " I n t e r n a l O s c i l l a t o r B l o c k " f o r f u r t h e r d e t a i l s . T A B L E 1 - 1 : P I C 1 6 F 7 X 7 D E V I C E F E A T U R E S ) ' ) K e y F e a t u r e s p e r a t i n g F r e q u e n c y e s e t s ( a n d D e l a y s ) a s h P r o g r a m M e m o r y ( 1 4 · b i t w o r d s ) a t a M e m o r y ( b y t e s ) t e r r u p t s ) P o r t s , . · n e r s a p t u r e / C o m p a r e / P W M M o d u l e s a s t e r S e r i a l C o m m u n i c a t i o n s 1 r a l l e l C o m m u n i c a t i o n s J - b t t A n a l o g - t o - D i g i t a l M o d u l e n s t r u c t i o n S e t · ' . J c k a g i n g 2 0 0 4 M i c r o c h i p T e c h n o l o g y I n c . P I C 1 6 F 7 3 7 D C - 2 0 M H z P O R , B O R ( P W R T , O S T ) 4 K 3 6 8 1 6 P o r t s A , B , C 3 3 M S S P , A U S A R T - 1 1 I n p u t C h a n n e l s 3 5 I n s t r u c t i o n s 2 8 - p i n P D I P 2 8 - p i n S O I C 2 8 - p i n S S O P 2 8 - p i n Q F N P I C 1 6 F 7 X 7 • T h e T i m e r 1 m o d u l e c u r r e n t c o n s u m p t i o n h a s b e e n g r e a t l y r e d u c e d f r o m 2 0 f . ! A ( p r e v 1 o u s P l C 1 6 d e v i c e s ) t o 1 . 8 ~tA t y p 1 c a l ( 3 2 k H z a t 2 V ) , w h i c h 1 s i d e a l f o r r e a l - t i m e c l o c k a p p l i c a t i o n s . R e f e r t o S e c t i o n 7 . 0 " T i m e r 1 M o d u l e " f o r f u r t h e r d e t a i l s . E x t e n d e d W a t c h d o g T i m e r ( W D T ) t h a t c a n h a v e a p r o g r a m m a b l e p e r i o d f r o m 1 m s t o 2 6 8 s . T h e W D T h a s i t s o w n 1 6 - b i t p r e s c a l e r . R e f e r t o S e c t i o n 1 5 . 1 7 " W a t c h d o g T i m e r ( W D T ) " f o r f u r t h e r d e t a i l s . T w o - S p e e d S t a r t - u p : W h e n t h e o s c i l l a t o r i s c o n f i g u r e d f o r L P , X T o r H S , t h i s f e a t u r e w i l l c l o c k t h e d e v i c e f r o m t h e I N T R C w h i l e t h e o s c i l l a t o r i s w a r m i n g u p . T h i s , i n t u r n , w i l l e n a b l e a l m o s t i m m e d i a t e c o d e e x e c u t i o n . R e f e r t o S e c t i o n 1 5 . 1 7 . 3 " T w o - S p e e d C l o c k S t a r t - u p M o d e " f o r f u r t h e r d e t a i l s . F a i l - S a f e C l o c k M o n i t o r : T h i s f e a t u r e w i l l a l l o w t h e d e v i c e t o c o n t i n u e o p e r a t i o n i f t h e p r i m a r y o r s e c o n d a r y c l o c k s o u r c e f a i l s b y s w i t c h i n g o v e r t o t h e I N T R C . T h e a v a i l a b l e f e a t u r e s a r e s u m m a r i z e d i n T a b l e 1 - 1 . B l o c k d i a g r a m s o f t h e P l C 1 6 F 7 3 7 / 7 6 7 a n d P I C 1 6 F 7 4 7 / 7 7 7 d e v i c e s a r e p r o v i d e d i n F i g u r e 1 - 1 a n d F i g u r e 1 - 2 , r e s p e c t i v e l y . T h e p i n o u t s f o r t h e s e d e v i c e f a m i l i e s a r e l i s t e d i n T a b l e 1 - 2 a n d T a b l e 1 - 3 . A d d i t i o n a l i n f o r m a t i o n m a y b e f o u n d i n t h e " P / C m i c r o ® M i d - R a n g e M C U F a m i l y R e f e r e n c e M a n u a l " ( D S 3 3 0 2 3 ) w h i c h m a y b e o b t a i n e d f r o m y o u r l o c a l M i c r o c h i p S a l e s R e p r e s e n t a t i v e o r d o w n l o a d e d f r o m t h e M i c r o c h i p w e b s i t e . T h e R e f e r e n c e M a n u a l s h o u l d b e c o n s i d e r e d a c o m p l e m e n t a r y d o c u m e n t t o t h i s d a t a s h e e t a n d i s h i g h l y r e c o m m e n d e d r e a d i n g f o r a b e t t e r u n d e r s t a n d i n g o f t h e d e v i c e a r c h i t e c t u r e a n d o p e r a t i o n o f t h e p e r i p h e r a l m o d u l e s . P I C 1 6 F 7 4 7 P I C 1 6 F 7 6 7 P I C 1 6 F 7 7 7 I D C - 2 0 M H z D C - 2 0 M H z D C - 2 0 M H z P O R , B O R P O R , B O R P O R , B O R ( P W R T , O S T ) ( P W R T , O S T ) ( P W R T , O S T ) 4 K 8 K 8 K 3 6 8 3 6 8 3 6 8 1 7 1 6 1 7 P o r t s A , B , C , D , E P o r t s A , B , C P o r t s A , B , C , D , E 3 3 3 3 3 3 M S S P , A U S A R T M S S P , A U S A R T M S S P , A U S A R T P S P - P S P 1 4 I n p u t C h a n n e l s 1 1 I n p u t C h a n n e l s 1 4 I n p u t C h a n n e l s 3 5 I n s t r u c t i o n s 3 5 I n s t r u c t i o n s 3 5 I n s t r u c t i o n s 4 0 - p i n P D I P 2 8 - p i n P D I P 4 0 - p i n P D I P 4 4 - p i n Q F N 2 8 - p i n S O I C 4 4 - p i n Q F N I 4 4 - p i n T Q F P 2 8 - p i n S S O P 4 4 - p i n T Q F P 2 8 - p i n Q F N D S 3 0 4 9 8 C - p a g e 5 P I C 1 6 F 7 X 7 F I G U R E 1 - 1 : P r o g r a m B u s O S C 1 / C L K I O S C 2 / C L K O ~ \..~omparators P I C 1 6 F 7 3 7 A N D P I C 1 6 F 7 6 7 B L O C K D I A G R A M S t a n d a r d F l a s h P r o g r a m M e m o r y 4 K / 8 K x 1 4 1 4 f j D a t a B u s R A M F i l e R e g i s t e r s 3 6 8 X 8 7 D i r e c t Add~_ c-J--~ i ' l _ ) - = - - 1 I I P o w e r - u p I _ T i m e r O s c i l l a t o r S t a r t - u p T i m e r P o w e r - o n R e s e t W a t c h d o g T i m e r B r o w n - o u t R e s e t V o o , V s s l . _ . J ! I ,,m~,, I I , m , " 1 ~ ~~ C C P 1 , 2 , 3 N o t e 1 : P 1 n l o c a t i o n o f C C P 2 1 s d e t e r m i n e d b y t h e C C P M X b i t i n C o n f i g u r a t i o n W o r d R e g i s t e r 1 . I S 3 0 4 9 8 C - p a g e 6 P O R T A P O R T B D R A O / A N O R A 1 / A N 1 R A 2 / A N 2 N R E F - / C V R E F R A 3 / A N 3 / V R E F + R A 4 / T O C K I / C 1 0 U T R A 5 / A N 4 / L V D I N / S S / C 2 0 U T O S C 2 / C L K O / R A 6 O S C 1 / C L K I / R A 7 R B O / I N T / A N 1 2 R B 1 / A N 1 0 R B 2 / A N 8 R B 3 / C C P 2 1 1 1 J A N 9 R B 4 / A N 1 1 R B 5 / A N 1 3 / C C P 3 R B 7 / P G D R B 6 / P G C R C O f T 1 O S O / T 1 C K I R C 1 / T 1 O S I / C C P 2 1 1 1 R C 2 / C C P 1 R C 3 / S C K I S C L R C 4 / S D I / S D A R C 5 / S D O R C 6 / T X / C K R C 7 / R X / D T M C L R / V P P / R E 3 © 2 0 0 4 M i c r o c h i p T e c h n o l o g y I n c . P I C 1 6 F 7 X 7 T A B L E 1 - 2 : P I C 1 6 F 7 3 7 A N D P I C 1 6 F 7 6 7 P I N O U T D E S C R I P T I O N P D I P P i n N a m e S O I C Q F N 1 / 0 / P B u f f e r D e s c r i p t i o n S S O P P i n # T y p e T y p e P i n # ) ' ) C 1 / C L K I / R A 7 9 6 S T / C M O S ( 3 ) O s c i l l a t o r c r y s t a l o r e x t e r n a l c l o c k i n p u t . : D S C 1 i I I I i O s c i l l a t o r c r y s t a l 1 n p u t o r e x t e r n a l c l o c K s o u r c e m p u t . S i b u f f e r w h e n c o n f i g u r e d i n R C m o d e ; o t h e r w i s e C M O S . C L K I I E x t e r n a l c l o c k s o u r c e i n p u t . A l w a y s a s s o c i a t e d w i t h p i n f u n c t i o n O S C 1 ( s e e O S C 1 / C L K I , O S C 2 / C L K O p i n s ) . R A 7 1 / 0 S T D i g i t a l I / O . 3 C 2 / C L K O / R A 6 1 0 7 - O s c i l l a t o r c r y s t a l o r c l o c k o u t p u t . O S C 2 0 O s c i l l a t o r c r y s t a l o u t p u t . C o n n e c t s t o c r y s t a l o r r e s o n a t o r i n C r y s t a l O s c i l l a t o r m o d e . C L K O 0 I n R C m o d e , O S C 2 p i n o u t p u t s C L K O w h i c h h a s 1 / 4 t h e I f r e q u e n c y o f O S C 1 a n d d e n o t e s t h e i n s t r u c t i o n c y c l e r a t e . R A 6 1 / 0 S T D i g i t a l I / O . : : : L R ! V P P / R E 3 1 2 6 S T M a s t e r C l e a r ( i n p u t ) o r p r o g r a m m i n g v o l t a g e ( o u t p u t ) . M C L R I M a s t e r C l e a r ( R e s e t ) i n p u t . T h i s p i n i s a n a c t i v e - l o w R e s e t t o t h e d e v i c e . V~P p P r o g r a m m i n g v o l t a g e i n p u t . R E 3 I S T D i g i t a l i n p u t o n l y p i n . P O R T A i s a b i d i r e c t i o n a l 1 / 0 p o r t . \ 0 / A N O 2 2 7 T T L R A O 1 / 0 D i g i t a l I / O . A N D I A n a l o g i n p u t 0 . \ 1 / A N 1 3 2 8 T T L R A 1 1 / 0 D i g i t a l I / O . A N 1 I A n a l o g i n p u t 1 . \ 2 / A N 2 / V R E F - / C V R E F 4 1 T T L R A 2 1 / 0 D i g i t a l I / O . A N 2 I A n a l o g i n p u t 2 . V R E F - I A I D r e f e r e n c e v o l t a g e i n p u t ( l o w ) . C V R E F 0 C o m p a r a t o r v o l t a g e r e f e r e n c e o u t p u t . " ' - 3 / A N 3 1 V R E F + 5 2 T T L R A 3 1 / 0 D i g i t a l I / O . A N 3 I A n a l o g i n p u t 3 . V c < E F + I A I D r e f e r e n c e v o l t a g e i n p u t ( h i g h ) . ' < ; : . i T O C K I / C 1 0 U T 6 3 S T I~A4 1 / 0 D i g i t a l 1 / 0 - O p e n - d r a i n w h e n c o n f i g u r e d a s o u t p u t . T O C K I I T i m e r O e x t e r n a l c l o c k i n p u t . C 1 0 U T 0 C o m p a r a t o r 1 o u t p u t b i t . · \ · \ 5 l A N 4 / L V D I N / S S / C 2 0 U T 7 4 T T L R A 5 1 / 0 D i g i t a l I / O . A N 4 I A n a l o g i n p u t 4 . L V D I N 1 / 0 L o w - V o l t a g e D e t e c t i n p u t . s s I S P I T M s l a v e s e l e c t i n p u t . C 2 0 U T 0 C o m p a r a t o r 2 o u t p u t b i t . L e g e n d : I = i n p u t - = N o t u s e d 0 = o u t p u t T T L = T T L i n p u t 1 / 0 = i n p u t / o u t p u t P = p o w e r S T = S c h m i t t T r i g g e r i n p u t N o t e 1 : T h i s b u f f e r i s a S c h m i t t T r i g g e r i n p u t w h e n c o n f i g u r e d a s t h e e x t e r n a l i n t e r r u p t . 2 : T h i s b u f f e r i s a S c h m i t t T r i g g e r i n p u t w h e n u s e d i n S e r i a l P r o g r a m m i n g m o d e . 3 : T h i s b u f f e r i s a S c h m i t t T r i g g e r i n p u t w h e n c o n f i g u r e d i n R C O s c i l l a t o r m o d e a n d a C M O S i n p u t o t h e r w i s e . 4 : P 1 n l o c a t i o n o f C C P 2 i s d e t e r m i n e d b y t h e C C P M X b i t i n C o n f i g u r a t i o n W o r d R e g i s t e r 1 . l i - - l 3 3 0 4 9 8 C - p a g e 8 © 2 0 0 4 M i c r o c h i p T e c h n o l o g y I n c . P I C 1 6 F 7 X 7 T A B L E 1 - 2 : P I C 1 6 F 7 3 7 A N D P I C 1 6 F 7 6 7 P I N O U T D E S C R I P T I O N ( C O N T I N U E D ) I P D I P 1 / 0 / P I 1 S O I C Q F N B u f f e r P i n N a m e I S S O P P i n # T y p e T y p e D e s c r i p t i o n 1 P i n # P O R T S i s a b i d i r e c t i o n a l 1 / 0 p o r t . P O R T S c a n b e s o f t w a r e p r o g r a m m e d f o r i n t e r n a l w e a k p u l l - u p o n a l l i n p u t s . :~ ' l 0 / I N T / A N 1 2 2 1 1 8 T T L I S T I 1 1 R B O 1 / 0 D i g i t a l I / O . I N T I E x t e r n a l i n t e r r u p t . A N 1 2 I A n a l o g i n p u t c h a n n e l 1 2 . ~ B 1 / A N 1 0 2 2 1 9 T T L R B 1 1 / 0 D i g i t a l I / O . A N 1 0 I A n a l o g i n p u t c h a n n e l 1 0 . 3 2 . A N 8 2 3 2 0 T T L R B 2 1 / 0 D i g i t a l I / O . A N 8 I A n a l o g i n p u t c h a n n e l 8 . ~ C J 3 / C C P 2 / A N 9 2 4 2 1 T T L R B 3 1 / 0 D i g i t a l I / O . C C P 2 1 4 1 1 / 0 C C P 2 c a p t u r e i n p u t , c o m p a r e o u t p u t , P W M o u t p u t . A N 9 I A n a l o g i n p u t c h a n n e l 9 . ~ B 4 / A N 1 1 2 5 2 2 T T L R B 4 1 / 0 D i g i t a l I / O . A N 1 1 I A n a l o g i n p u t c h a n n e l 1 1 . " 8 5 / A N 1 3 / C C P 3 2 6 2 3 T T L R B 5 1 / 0 D i g 1 t a i i / O . A N 1 3 I A n a l o g i n p u t c h a n n e l 1 3 . C C P 3 1 / 0 C C P 3 c a p t u r e i n p u t , c o m p a r e o u t p u t , P W M o u t p u t . 8 6 / P G C 2 7 2 4 T T L I S T I 2 1 R B 6 1 / 0 D i g i t a l I / O . P G C 1 / 0 I n - C i r c u i t D e b u g g e r a n d I C S P T M p r o g r a m m i n g c l o c k . 8 7 / P G D 2 8 2 5 T T L I S T I 2 1 R B 7 1 / 0 D i g i t a l I / O . P G D 1 / 0 I n - C i r c u i t D e b u g g e r a n d I C S P p r o g r a m m i n g d a t a . L e g e n d : I = i n p u t · - = N o t u s e d 0 = o u t p u t T T L = T T L i n p u t 1 / 0 = i n p u t / o u t p u t P = p o w e r S T = S c h m i t t T r i g g e r i n p u t N o t e 1 : 2 : 3 : 4 : T h i s b u f f e r i s a S c h m i t t T r i g g e r i n p u t w h e n c o n f i g u r e d a s t h e e x t e r n a l i n t e r r u p t . T h i s b u f f e r i s a S c h m i t t T r i g g e r i n p u t w h e n u s e d i n S e r i a l P r o g r a m m i n g m o d e . T h i s b u f f e r i s a S c h m i t t T r i g g e r i n p u t w h e n c o n f i g u r e d i n R C O s c i l l a t o r m o d e a n d a C M O S i n p u t o t h e r w i s e . P i n l o c a t i o n o f C C P 2 i s d e t e r m i n e d b y t h e C C P M X b i t i n C o n f i g u r a t i o n W o r d R e g i s t e r 1 . 2 0 0 4 M i c r o c h i p T e c h n o l o g y I n c . D S 3 0 4 9 8 C - p a g e 9 I ' I ! I I I P I C 1 6 F 7 X 7 1 > ' \ B L E 1 - 2 : P I C 1 6 F 7 3 7 A N D P I C 1 6 F 7 6 7 P I N O U T D E S C R I P T I O N ( C O N T I N U E D ) - - - - 1 T · : C ' ( c :.~ ( : c 2 · \ 1 ) ( , · s . , . - : ) i ) 3 ' ) C ' , , \ C 3~ \ C r " < = ' < • i \ R C c ; x C T P i n N a m e ~ l S O / T 1 C K I s o < I ) S I / C C P 2 S l ' 2 ( 4 ) P 1 ' 1 K / S C L 1 / S D A I \ 1 0 ) ) ! C K 3 C / O T 7 ' " J e n d . I = i n p u t - = N o t u s e d P D I P S O I C S S O P P i n # 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 8 , 1 9 2 0 Q F N 1 1 0 / P B u f f e r D e s c r i p t i o n P i n # T y p e T y p e P O R T C i s a b i d i r e c t i o n a l 1 / 0 p o r t . 8 S T 1 / 0 D i g i t a l I / O . 0 T i m e r 1 o s c i l l a t o r o u t p u t . I T i m e r 1 e x t e r n a l c l o c k i n p u t . 9 S T 1 / 0 D i g i t a l I / O . I T i m e r 1 o s c i l l a t o r i n p u t . 1 / 0 C a p t u r e 2 i n p u t , C o r n p a r e 2 o u t p u t , P W M 2 o u t p u t . 1 0 S T 1 / 0 D i g i t a l I / O . 1 / 0 C a p t u r e 1 i n p u t , C o m p a r e 1 o u t p u t , P W M 1 o u t p u t . 1 1 S T 1 / 0 D i g i t a l I / O . 1 / 0 S y n c h r o n o u s s e r i a l c l o c k i n p u t / o u t p u t f o r S P I ™ m o d e . 1 / 0 S y n c h r o n o u s s e r i a l c l o c k i n p u t / o u t p u t f o r 1 2 C T M m o d e 1 2 S T 1 / 0 D i g i t a l I / O . I S P I d a t a i n . 1 / 0 1 2 C d a t a 1 / 0 . 1 3 S T 1 / 0 D i g i t a l I / O . 0 S P I d a t a o u t . 1 4 S T 1 / 0 D i g i t a l I / O . 0 A U S A R T a s y n c h r o n o u s t r a n s m i t . 1 / 0 A U S A R T s y n c h r o n o u s c l o c k . 1 5 S T 1 / 0 D i g i t a l I / O . I A U S A R T a s y n c h r o n o u s r e c e i v e . 1 / 0 A U S A R T s y n c h r o n o u s d a t a . 5 , 1 6 p - G r o u n d r e f e r e n c e f o r l o g i c a n d 1 / 0 p i n s . 1 7 p - P o s i t i v e s u p p l y f o r l o g i c a n d 1 / 0 p i n s . 0 = o u t p u t 1 / 0 = i n p u t / o u t p u t P = p · o w e r T T L = T T L i n p u t S T = S c h m i t t T r i g g e r i n p u t ' l 1 t e 1 : T h i s b u f f e r i s a S c h m i t t T r i g g e r i n p u t w h e n c o n f i g u r e d a s t h e e x t e r n a l i n t e r r u p t . 2 : T l 1 1 s b u f f e r i s a S c h m i t t T r i g g e r i n p u t w h e n u s e d i n S e r i a l P r o g r a m m i n g m o d e . 3 : T h i s b u f f e r i s a S c h m i t t T r i g g e r i n p u t w h e n c o n f i g u r e d i n R C O s c i l l a t o r m o d e a n d a C M O S i n p u t o t h e r w i s e . 4 : P i n l o c a t i o n o f C C P 2 i s d e t e r m i n e d b y t h e C C P M X b i t i n C o n f i g u r a t i o n W o r d R e g i s t e r 1 . l0498C~page 1 0 © 2 0 0 4 M i c r o c h i p T e c h n o l o g y I n c . 2 . 0 M E M O R Y O R G A N I Z A T I O N · · " r e a r e t w o m e m o r y b l o c k s i n e a c h o f t h e s e . : r n i c r o ' " M C U s . T h e p r o g r a m m e m o r y a n d d a t a • · m o r y h a v e s e p a r a t e b u s e s s o t h a t c o n c u r r e n t c s s c a n o c c u r a n d i s d e t a i l e d i n t h i s s e c t i o n . T h e • g r a m m e m o r y c a n b e r e a d i n t e r n a l l y b y u s e r c o d e c ' e S e c t i o n 3 . 0 " R e a d i n g P r o g r a m M e m o r y " ) . l j r t r o n a l i n f o r m a t i o n o n d e v i c e m e m o r y m a y b e f o u n d ' h e " P / C m i c r o ® M i d - R a n g e M C U F a m i l y R e f e r e n c e • ' m u a / " ( D S 3 3 0 2 3 ) . 2 1 P r o g r a m M e m o r y O r g a n i z a t i o n · o P I C 1 6 F 7 X 7 d e v i c e s h a v e a 1 3 - b i t p r o g r a m c o u n t e r . J a b l e o f a d d r e s s i n g a n 8 K w o r d x 1 4 - b i t p r o g r a m · e m o r y s p a c e . T h e P I C 1 6 F 7 6 7 / 7 7 7 d e v i c e s h a v e . , w o r d s o f F l a s h p r o g r a m m e m o r y a n d t h e : 1 6 F 7 3 7 / 7 4 7 d e v i c e s h a v e 4 K w o r d s . T h e p r o g r a m · m o r y m a p s f o r P I C 1 6 F 7 X 7 d e v i c e s a r e s h o w n i n . : u r e 2 - 1 . A c c e s s i n g a l o c a t i o n a b o v e t h e p h y s i c a l l y · • : J i e m e n t e d a d d r e s s w i l l c a u s e a w r a p a r o u n d . ' · ' ' " R e s e t v e c t o r i s a t O O O O h a n d t h e i n t e r r u p t v e c t o r i s l l l 0 4 h . P I C 1 6 F 7 X 7 2 . 2 D a t a M e m o r y O r g a n i z a t i o n T h e d a t a m e m o r y i s p a r t i t i o n e d i n t o m u l t i p l e b a n k s w h i c h c o n t a i n t h e G e n e r a l P u r p o s e R e g i s t e r s a n d t h e S p e c i a l F u n c t i o n R e g i s t e r s . B i t s R P 1 ( S t a t u s < 6 > ) a n d R P O ( S t a t u s < 5 > ) a r e t h e b a n k s e l e c t b i t s R P 1 : R P O B a n k 0 0 0 0 1 1 1 0 2 1 1 3 I E a c h b a n k e x t e n d s u p t o 7 F h ( 1 2 8 b y t e s ) . T h e l o w e r l o c a t i o n s o f e a c h b a n k a r e r e s e r v e d f o r t h e S p e c i a l F u n c t i o n R e g i s t e r s . A b o v e t h e S p e c i a l F u n c t i o n R e g i s - t e r s a r e G e n e r a l P u r p o s e R e g i s t e r s , i m p l e m e n t e d a s s t a t i c R A M . A l l i m p l e m e n t e d b a n k s c o n t a i n S p e c i a l F u n c t i o n R e g i s t e r s . S o m e f r e q u e n t l y u s e d S p e c r a l F u n c t i o n R e g i s t e r s f r o m o n e b a n k m a y b e m i r r o r e d i n a n o t h e r b a n k f o r c o d e r e d u c t i o n a n d q u i c k e r a c c e s s . 2 . 2 . 1 G E N E R A L P U R P O S E R E G I S T E R F I L E T h e r e g i s t e r f i l e ( s h o w n i n F i g u r e 2 - 2 a n d F i g u r e 2 - 3 ) c a n b e a c c e s s e d e i t h e r d i r e c t l y , o r i n d i r e c t l y , t h r o u g h t h e F i l e S e l e c t R e g i s t e r ( F S R ) . F I G U R E 2 - 1 : P R O G R A M M E M O R Y M A P S A N D S T A C K S F O R P I C 1 6 F 7 X 7 D E V I C E S C A L R E T O n - C h i p P r o g r a m M e m o r y O r J 4 M r c r o c h i p T e c h n o l o g y I n c . P C < 1 2 : 0 > , R E T U R N ~ 1 3 I E , R E T L W S t a c k L e v e l 1 S t a c k L e v e l 2 . . . S t a c k L e v e l 8 R e s e t V e c t o r . . . I n t e r r u p t V e c t o r P a g e 0 P a g e 1 P a g e 2 P a g e 3 ' O O O O h 0 0 0 4 h 0 0 0 5 h 0 7 F F h 0 8 0 0 h O F F F h 1 0 0 0 h 1 7 F F h 1 8 0 0 h 1 F F F h M e m o r y a v a i l a b l e o n a l l P I C 1 6 F 7 X 7 . M e m o r y a v a i l a b l e o n P I C 1 6 F 7 6 7 a n d P I C 1 6 F 7 7 7 . T h e m e m o r y w r a p s t o O O O h t h r o u g h O F F F h o n t h e P I C 1 6 F 7 3 7 a n d P I C 1 6 F 7 4 7 . D S 3 0 4 9 8 C - p a g e 1 5 P I C 1 6 F 7 X 7 i : c ; U R E 2 - 2 : D A T A M E M O R Y M A P F O R P I C 1 6 F 7 3 7 A N D T H E P I C 1 6 F 7 6 7 I I i I I F i l e A d d r e s s I n d i r e c t a d d r ( * ) O O h 0 1 h 0 2 h 0 3 h 0 4 h 0 5 h 0 6 h 0 7 h 0 8 h 0 9 h O A h O B h O C h O D h O E h O F h 1 0 h 1 1 h 1 2 h 1 3 h 1 4 h 1 5 h 1 6 h 1 7 h 1 8 h 1 9 h 1 A h 1 B h 1 C h 1 D h 1 E h 1 F h 2 0 h T M R O P C L S T A T U S F S R P O R T A P O R T B P O R T C P O R T E P C L A T H I N T C O N P I R 1 P I R 2 T M R 1 L T M R 1 H T 1 C O N T M R 2 T 2 C O N S S P B U F S S P C O N C C P R 1 L C C P R 1 H C C P 1 C O N R C S T A T X R E G R C R E G C C P R 2 L C C P R 2 H C C P 2 C O N A D R E S H A D C O N O G e n e r a l P u r p o s e R e g i s t e r 9 6 B y t e s 7 F h B a n k 0 I n d i r e c t a d d r . ( * ) O P T I O N _ R E G P C L S T A T U S F S R T R I S A T R I S B T R I S C T R I S E P C L A T H I N T C O N P I E 1 P I E 2 P C O N O S C C O N O S C T U N E S S P C O N 2 P R 2 S S P A D D S S P S T A T C C P R 3 L C C P R 3 H C C P 3 C O N T X S T A S P B R G A D C O N 2 C M C O N C V R C O N A D R E S L A D C O N 1 G e n e r a l P u r p o s e R e g i s t e r 8 0 B y t e s A c c e s s e s 7 0 h - 7 F h B a n k 1 F i l e A d d r e s s 8 0 h 8 1 h 8 2 h 8 3 h 8 4 h 8 5 h 8 6 h 8 7 h 8 8 h 8 9 h 8 A h 8 B h 8 C h 8 D h 8 E h 8 F h 9 0 h 9 1 h 9 2 h 9 3 h 9 4 h 9 5 h 9 6 h 9 7 h 9 8 h 9 9 h 9 A h 9 B h 9 C h 9 D h 9 E h 9 F h A O h E F h F O h F F h 1 I n d i r e c t a d d r . < * l T M R O P C L S T A T U S F S R W D T C O N P O R T B L V D C O N P C L A T H I N T C O N P M D A T A P M A D R P M O A T H P M A D R H G e n e r a l P u r p o s e R e g i s t e r 1 6 B y t e s G e n e r a l P u r p o s e R e g i s t e r 8 0 B y t e s A c c e s s e s 7 0 h - 7 F h B a n k 2 0 U n i m p l e m e n t e d d a t a m e m o r y l o c a t i o n s r e a d a s ' o ' . N o t a p h y s i c a l r e g i s t e r . ! 4 9 8 C - p a g e 1 6 F i l e A d d r e s s 1 0 0 h 1 0 1 h 1 0 2 h 1 0 3 h 1 0 4 h 1 0 5 h 1 0 6 h 1 0 7 h 1 0 8 h 1 0 9 h 1 0 A h 1 0 B h 1 0 C h 1 0 D h 1 0 E h 1 0 F h 1 1 0 h 1 1 F h 1 2 0 h 1 6 F h 1 7 0 h 1 7 F h F i l e A d d r e s s ~----~ I n d i r e c t a d d r . { * ) i 1 8 0 h O P T I O N R E G 1 8 1 h 1 8 2 h 1 8 3 h 1 8 4 h 1 8 5 h 1 8 6 h 1 8 7 h 1 8 8 h 1 8 9 h 1 8 A h 1 8 B h 1 8 C h 1 8 D h 1 8 E h 1 8 F h 1 9 0 h P C L S T A T U S F S R T R I S B P C L A T H I N T C O N P M C O N 1 G e n e r a l P u r p o s e R e g i s t e r 1 6 B y t e s G e n e r a l P u r p o s e R e g i s t e r 8 0 B y t e s A c c e s s e s 7 0 h - 7 F h B a n k 3 1 9 F h 1 A O h 1 E F h 1 F O h 1 F F h © 2 0 0 4 M i c r o c h i p T e c h n o l o g y I n c . P I C 1 6 F 7 X 7 2 . 2 . 2 S P E C I A L F U N C T I O N R E G I S T E R S T h e S p e c i a l F u n c t i o n R e g i s t e r s a r e r e g i s t e r s u s e d b y t 1 1 e C P U a n d p e r i p h e r a l m o d u l e s f o r c o n t r o l l i n g t h e c J e s i r e d o p e r a t i o n o f t h e d e v i c e . T h e s e r e g i s t e r s a r e I m p l e m e n t e d a s s t a t i c R A M . A l i s t o f t h e s e r e g i s t e r s i s g 1 v e n i n T a b l e 2 - 1 . T h e S p e c i a l F u n c t i o n R e g i s t e r s c a n b e c l a s s i f i e d m t o t w o s e t s : c o r e ( C P U ) a n d p e r i p h e r a l . T h o s e r e g i s t e r s a s s o c i a t e d w i t h t h e c o r e f u n c t i o n s a r e d e s c r i b e d i n d e t a i l i n t h i s s e c t i o n . T h o s e r e l a t e d t o t h e o p e r a t i o n o f t h e p e r i p h e r a l f e a t u r e s a r e d e s c r i b e d i n d e t a i l i n t h e p e r i p h e r a l f e a t u r e s e c t i o n . T A B L E 2 - 1 : S P E C I A L F U N C T I O N R E G I S T E R S U M M A R Y B i t 1 I B i t O D e t a i l s o n p a g e A B a n k 0 · h { 4 ) I N D F A d d r e s s i n g t h i s l o c a t i o n u s e s c o n t e n t s o f F S R t o a d d r e s s d a t a m e m o r y ( n o t a p h y s i c a l r e g i s t e r ) 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 , 1 8 0 ' h T M R O T i m e r O M o d u l e R e g i s t e r x x x x x x x x 7 6 , 1 8 0 D 2 1 1 1 4 1 P C L P r o g r a m C o u n t e r ( P C ) L e a s t S i g n i f i c a n t B y t e 0 0 0 0 0 0 0 0 2 9 , 1 8 0 3 1 1 1 4 1 S T A T U S I R P R P 1 R P O T O P O z D C c 0 0 0 1 l x x x 2 1 , 1 8 0 1 r 1 4 1 F S R I n d i r e c t D a t a M e m o r y A d d r e s s P o i n t e r x x x x x x x x 3 0 , 1 8 0 - - h P O R T A P O R T A D a t a L a t c h w h e n w r i t t e n : P O R T A p i n s w h e n r e a d x x O x 0 0 0 0 5 5 , 1 8 0 h P O R T B P O R T B D a t a L a t c h w h e n w r i t t e n : P O R T B p i n s w h e n r e a d x x O O 0 0 0 0 6 4 , 1 8 0 h P O R T C P O R T C D a t a L a t c h w h e n w r i t t e n : P O R T C p i n s w h e n r e a d x x x x x x x x 6 6 , 1 8 0 3 1 1 1 5 1 P O R T O P O R T O D a t a L a t c h w h e n w r i t t e n : P O R T O p i n s w h e n r e a d x x x x x x x x 6 7 , 1 8 0 ~- P O R T E - - - - R E 3 R E 2 R E 1 R E O - - - - x o o o 6 8 , 1 8 0 ' I 1 P 4 1 P C L A T H - - - W r i t e B u f f e r f o r t h e u p p e r 5 b i t s o f t h e P r o g r a m C o u n t e r - - - 0 0 0 0 0 2 9 , 1 8 0 3 1 1 1 4 1 I N T C O N G I E P E I E T M R O I E I N T O I E R B I E T M R O I F I N T O I F R B I F 0 0 0 0 O O O x 2 3 , 1 8 0 : h P I R 1 P S P I F I 3 ) A D I F R C I F T X I F S S P I F C C P 1 1 F T M R 2 1 F T M R 1 1 F 0 0 0 0 0 0 0 0 2 5 , 1 8 0 - 0 1 1 P I R 2 O S F I F C M I F L V D I F - B C L I F - C C P 3 1 F C C P 2 1 F 0 0 0 - 0 - 0 0 2 7 , 1 8 0 - - E h T M R 1 L H o l d i n g R e g i s t e r f o r t h e L e a s t S i g n i f i c a n t B y t e o f t h e 1 6 - b i t T M R 1 R e g i s t e r x x x x x x x x 8 3 , 1 8 0 F 1 1 T M R 1 H H o l d i n g R e g i s t e r f o r t h e M o s t S i g n i f i c a n t B y t e o f t h e 1 6 - b i t T M R 1 R e g i s t e r x x x x x x x x 8 3 , 1 8 0 - i l l ] T 1 C O N - T 1 R U N T 1 C K P S 1 T 1 C K P S O T 1 0 S C E N T 1 S Y N C T M R 1 C S T M R 1 0 N - 0 0 0 0 0 0 0 8 3 , 1 8 0 ! , - 1 T M R 2 T i m e r 2 M o d u l e R e g i s t e r 0 0 0 0 0 0 0 0 8 6 , 1 8 0 I T 2 C O N - T O U T P S 3 T O U T P S 2 T O U T P S 1 T O U T P S O T M R 2 0 N T 2 C K P S 1 T 2 C K P S O - 0 0 0 0 0 0 0 8 6 , 1 8 0 , , S S P B U F S y n c h r o n o u s S e r i a l P o r t R e c e i v e B u l f e r f T r a n s m i t R e g i s t e r x x x x x x x x 1 0 1 , 1 8 0 - i l l S S P C O N W C O L S S P O V S S P E N C K P S S P M 3 S S P M 2 S S P M 1 S S P M O 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 , 1 8 0 - - ' ) ! 1 C C P R 1 L C a p t u r e / C o m p a r e / P W M R e g i s t e r 1 ( L S B ) x x x x x x x x 9 0 , 1 8 0 - - J l • C C P R 1 H C a p t u r e / C o m p a r e / P W M R e g i s t e r 1 ( M S B ) x x x x x x x x 9 0 , 1 8 0 0 _ _ 1 C C P 1 C O N - - C C P 1 X C C P 1 Y C C P 1 M 3 C C P 1 M 2 C C P 1 M 1 C C P 1 M O - - 0 0 0 0 0 0 8 8 , 1 8 0 R C S T A S P E N R X 9 S R E N C R E N A D D E N F E R R O E R R R X 9 D 0 0 0 0 O O O x 1 3 4 , 1 8 0 - - r , , T X R E G A U S A R T T r a n s m i t D a t a R e g i s t e r 0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 9 , 1 8 0 - - \ I · R C R E G A U S A R T R e c e i v e D a t a R e g i s t e r 0 0 0 0 0 0 0 0 1 4 1 , 1 8 0 1 3 1 - C C P R 2 L C a p t u r e / C o m p a r e / P W M R e g i s t e r 2 ( L S B ) x x x x x x x x 9 2 , 1 8 0 - ; r , C C P R 2 H C a p t u r e / C o m p a r e / P W M R e g i s t e r 2 ( M S B ) X ) \ X X X X X X 9 2 , 1 8 0 ) h C C P 2 C O N - - C C P 2 X C C P 2 Y C C P 2 M 3 C C P 2 M 2 C C P 2 M 1 C C P 2 M O - - 0 0 0 0 0 0 8 8 , 1 8 0 A D R E S H N D R e s u l t R e g i s t e r H i g h B y t e x x x x x x x x 1 6 0 , 1 8 0 - - - - h A D C O N O A D C S 1 A D C S O C H S 2 C H S 1 C H S O G O / D O N E C H S 3 A D O N 0 0 0 0 0 0 0 0 1 5 2 , 1 8 0 - - L e g e n d : x ~unknown, u ~unchanged, q ~value d e p e n d s o n condition,-~ u n i m p l e m e n t e d , r e a d a s · o · , r = r e s e r v e d . S h a d e d l o c a t i o n s a r e u n i m p l e m e n t e d , r e a d a s ' o ' . " a t e 1 : T h e u p p e r b y t e o f t h e p r o g r a m c o u n t e r i s n o t d i r e c t l y a c c e s s i b l e . P C L A T H i s a h o l d i n g r e g i s t e r f o r t h e P C < 1 2 : 8 > b i t s , w h o s e c o n t e n t s a r e t r a n s f e r r e d t o t h e u p p e r b y t e o f t h e p r o g r a m c o u n t e r d u r i n g b r a n c h e s ( C A L L o r G O T O ) . 2 : O t h e r ( n o n P o w e r - u p ) R e s e t s i n c l u d e e x t e r n a l R e s e t t h r o u g h M C L R a n d W a t c h d o g T i m e r R e s e t . 3 : B i t s P S P I E a n d P S P I F a r e r e s e r v e d o n t h e 2 8 - p i n d e v i c e s : a l w a y s m a i n t a i n t h e s e b i t s c l e a r . 4 : T h e s e r e g i s t e r s c a n b e a d d r e s s e d f r o m a n y b a n k . 5 : P O R T O , P O R T E , T R I S D a n d T R I S E a r e n o t p h y s i c a l l y i m p l e m e n t e d o n t h e 2 8 - p i n d e v i c e s ( e x c e p t f o r R E 3 ) , r e a d a s ' o ' . 6 : T h i s b i t a l w a y s r e a d s a s a ' 1 ' _ 7 : O S C C O N < O S T S > b i t r e s e t s t o ' o ' w i t h d u a l - s p e e d s t a r t - u p a n d L P , H S o r H S - P L L s e l e c t e d a s t h e o s c i l l a t o r . 8 : R E 3 i s a n i n p u t o n l y . T h e s t a t e o f t h e T R I S E 3 b i t h a s n o e f f e c t a n d w i l l a l w a y s r e a d ' 1 ' . ' 3 0 4 9 8 C - p a g e 1 8 © 2 0 0 4 M i c r o c h i p T e c h n o l o g y I n c . P I C 1 6 F 7 X 7 T A B L E 2 - 1 : S P E C I A L F U N C T I O N R E G I S T E R S U M M A R Y ( C O N T I N U E D ) A d d r e s s B a n k 1 [ 1 0 1 1 1 4 1 I N O F A d d r e s s i n g t h i s l o c a t i o n u s e s c o n t e n t s o f F S R t o a d d r e s s d a t a m e m o r y ( n o t a p h y s i c a l r e g i s t e r ) o o o o o o o o 1 3 0 . 1 8 0 l f , 1 h , O P T I O N R E G R B P U I N T E D G T O G S T O S E P S A P S 2 I P S 1 i P S O 1 1 1 1 l l l l l 2 2 . 1 8 0 : [ i 2 1 1 1 4 i ' P C L P r o g r a m C o u n t e r ' s ( P C ) L e a s t S i g n i f i c a n t B y 1 e 0 0 0 0 0 0 0 0 I 2 9 , 1 8 0 I 8 3 1 1 1 4 1 S T A T U S I R P R P 1 R P O T O P O z D C c 0 0 0 1 1 x x x 2 1 , 1 8 0 8~111 4 1 F S R I n d i r e c t D a t a M e m o r y A d d r e s s P o i n t e r x x x x x x x x 3 0 , 1 8 0 - - - - 8 5 h T R I S A P O R T A D a t a D i r e c t i o n R e g i s t e r 1 1 1 1 1 1 1 1 5 5 , 1 8 1 2 • : J h T R I S B P O R T B D a t a D i r e c t i o n R e g i s t e r 1 1 1 1 1 1 1 1 6 4 , 1 8 1 2 7 ~l T R I S C P O R T C D a t a D i r e c t i o n R e g i s t e r 1 1 1 1 1 1 1 1 6 6 , 1 8 1 T R I S D P O R T O D a t a D i r e c t i o n R e g i s t e r 1 1 : ! _ 1 1 1 1 1 6 7 , 1 8 1 8 9 h ( S ) T R I S E I B F I 5 1 O B F I 5 1 I B O V I 5 1 P S P M O D E I 5 1 _ ( B ) P O R T E D a t a D i r e c t i o n b i t s 0 0 0 0 1 1 1 1 6 9 , 1 8 1 8 A i l i 1 · 4 1 P C L A T H - - - W r i t e B u f f e r f o r t h e u p p e r 5 b i t s o f t h e P r o g r a m C o u n t e r - - - 0 0 0 0 0 2 3 , 1 8 0 8 8 h 1 4 1 I N T C O N G I E P E I E T M R O I E I N T O I E R B I E T M R O I F I N T O I F R B I F 0 0 0 0 o o o x 2 5 . 1 8 0 8 C i l P I E 1 P S P I E I 3 1 A D I E R C I E T X I E S S P I E C C P 1 1 E T M R 2 1 E T M R 1 1 E 0 0 0 0 0 0 0 0 2 4 . 1 8 1 8 0 1 1 P I E 2 O S F I E C M I E L V D I E - B C L I E - C C P 3 1 E C C P 2 1 E 0 0 0 - 0 - 0 0 2 6 . 1 8 1 1 S E l l P C O N - - - - - S B O R E N P O R B O R - - - - - 1 q q 2 8 , 1 8 1 O S T S I 7 1 ' 8 F i l O S C C O N - I R C F 2 I R C F 1 I R C F O I O F S S C S 1 s c s o · · 0 0 0 1 0 0 0 3 8 . 1 8 1 I - . 9 0 1 1 O S C T U N E - - T U N S T U N 4 T U N 3 T U N 2 T U N 1 T U N O - - 0 0 0 0 0 0 3 6 , 1 8 1 f ! I l l S S P C O N 2 G C E N A C K S T A T A C K D T A C K E N R C E N P E N R S E N S E N 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 5 9 2 1 1 P R 2 T i m e r 2 P e r i o d R e g i s t e r ] 1 1 1 1 1 1 1 8 6 , 1 8 1 9 3 h S S P A D D S y n c h r o n o u s S e r i a l P o r t ( 1 2 C ™ m o d e ) A d d r e s s R e g i s t e r 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 , 1 8 1 9 4 h S S P S T A T S M P C K E 0 / A p s R / W U A B F 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 , 1 8 1 - - - 9 ' i h C C P R 3 L C a p t u r e / C o m p a r e / P W M R e g i s t e r 3 ( L S B ) x x x x x x x x 9 2 g : ) h C C P R 3 H C a p t u r e / C o m p a r e / P W M R e g i s t e r 3 ( M S B ) x x x x x x x x 9 2 g 7 h C C P 3 C O N - - C C P 3 X C C P 3 Y C C P 3 M 3 C C P 3 M 2 C C P 3 M 1 C C P 3 M O - - 0 0 0 0 0 0 9 2 9 J h T X S T A C S R C T X 9 T X E N S Y N C - B R G H T R M T T X 9 D 0 0 0 0 - 0 1 0 1 4 5 , 1 8 1 9 ' ' J h S P B R G B a u d R a t e G e n e r a t o r R e g i s t e r 0 0 0 0 0 0 0 0 1 4 5 , 1 8 1 9 / \ h - U n i m p l e m e n t e d - - 9 8 h A D C O N 2 - - A C Q T 2 A C Q T 1 A C Q T O - - - - - c o 0 - - - 1 5 4 ; • _ : - ; ; - - C M C O N C 2 0 U T C 1 0 U T C 2 1 N V C 1 1 N V C I S C M 2 C M 1 C M O 0 0 0 0 0 1 1 1 5 5 , 1 6 1 J l J h C V R C O N C V R E N C V R O E C V R R - C V R 3 C V R 2 C V R 1 C V R O 0 0 0 - 0 0 0 0 5 5 , 1 6 7 J E ; 1 A D R E S L N O R e s u l t R e g i s t e r L o w B y 1 e x x x x x x x x 1 8 0 - - - 0 ' ' 1 1 A D C O N 1 A D F M I A D C S 2 I V C F G 1 I V C F G O I P C F G 3 I P C F G 2 I P C F G 1 I P C F G O 0 0 0 0 0 0 0 0 1 5 3 , 1 8 1 L e g e n d : x ~unknown, u ~unchanged, q = v a l u e d e p e n d s o n c o n d i t i o n , - = u n i m p l e m e n t e d , r e a d a s ' o ' . r = r e s e r v e d . S h a d e d l o c a t i o n s a r e u n i m p l e m e n t e d , r e a d a s ' o ' . N o t e 1 : T h e u p p e r b y t e o f t h e p r o g r a m c o u n t e r i s n o t d i r e c t l y a c c e s s i b l e . P C L A T H i s a h o l d i n g r e g i s t e r f o r t h e P C < 1 2 : 8 > b i t s , w h o s e c o n t e n t s a r e t r a n s f e r r e d t o t h e u p p e r b y t e o f t h e p r o g r a m c o u n t e r d u r i n g b r a n c h e s ( C A L L o r G O T O ) . 2 : O t h e r ( n o n P o w e r - u p ) R e s e t s i n c l u d e e x t e r n a l R e s e t t h r o u g h M C L R a n d W a t c h d o g T i m e r R e s e t . 3 : B i t s P S P I E a n d P S P I F a r e r e s e r v e d o n t h e 2 8 - p i n d e v i c e s ; a l w a y s m a m t a i n t h e s e b i t s c l e a r . 4 : T h e s e r e g i s t e r s c a n b e a d d r e s s e d f r o m a n y b a n k . 5 : P O R T O , P O R T E , T R I S D a n d T R I S E a r e n o t p h y s i c a l l y i m p l e m e n t e d o n t h e 2 8 - p i n d e v i c e s ( e x c e p t f o r R E 3 ) , r e a d a s · o · . 6 : T h i s b i t a l w a y s r e a d s a s a ' 1 ' . 7 : O S C C O N < O S T S > b i t r e s e t s t o ' o ' w i t h d u a l - s p e e d s t a r t - u p a n d L P , H S o r H S - P L L s e l e c t e d a s t h e o s c i l l a t o r . 8 : R E 3 i s a n i n p u t o n l y . T h e s t a t e o f t h e T R I S E 3 b i t h a s n o e f f e c t a n d w i l l a l w a y s r e a d ' 1 ' . ,.·---~- c : ) , · : , 2 0 0 4 M i c r o c h i p T e c h n o l o g y I n c . D S 3 0 4 9 8 C - p a g e 1 9