基于S32K144驱动NSD8308

1.前言

最近有些客户在前期调试NSD8308时，软件上遇到一些问题，正好笔者手上有一套NSD8308评估板，抽空写了一个简单的软件驱动，方便客户前期调试评估。

2.芯片介绍

2.1 芯片简介

NSD8308是纳芯微主推的八路半桥驱动，目标应用有汽车空调风门电机、后视镜调节/折叠电机、通用继电器或LED小灯。

该芯片支持同时、顺序或并行模式驱动直流电机，并支持电机的正转、反转、慢速衰减和快速衰减操作。

NSD8308内部有8个可配置的PWM发生器，可以用于启动或堵转条件下限制电机电流或者对LED灯进行调光。

此外，该设备还具备SPI接口，用于控制所有输出并提供诊断信息，包括正常操作、上电复位(POR)、VM欠压/过压、过流、过温保护和开路负载状态。

2.2 硬件特性

NSD8308的关键硬件特性包括：

• 8路半桥驱动：每个半桥通道可提供1A电流，所有通道全开时最大3A。
• 宽电压范围：工作电压范围4.5V至36V，可配置。
• 超低静态睡眠模式电流。
• 内置8个PWM发生器，每个PWM发生器提供4种PWM频率选项（80/100/200/2000Hz）和8位分辨率的占空比（1/255，约0.4%）。
• 集成诊断和故障保护功能：包括欠压和过压保护、过流/短路保护、过温警告和关断、开路负载诊断、专用的nFault指示引脚。
• 半桥输出斜率控制：提供两种选择，0.6V/µs（默认）或2.5V/µs。
• 支持off-state诊断，涵盖H桥/半桥，高边驱动，低边驱动几种场景。
• HTSSOP24封装，尺寸为7.8mm × 4.4mm，底部带有散热焊盘。
• 符合AEC-Q100 Grade1标准。
• 符合RoHS和REACH合规性。

2.3 软件资源

软件方面，NSD8308通过以下方式进行控制和配置：

• SPI接口：NSD8308和MCU通信通过SPI接口，且NSD8308做从机。
• 寄存器配置：包括状态寄存器、控制寄存器、PWM映射控制寄存器、PWM频率控制寄存器、PWM占空比控制寄存器等，用于详细配置设备的行为。
• 故障清除：通过SPI命令可以清除故障状态，恢复正常操作。
• 诊断功能：包括过流保护、开路负载诊断、过温保护等，并通过SPI提供相应的状态信息。
• 电源管理：包括上电复位(POR)和睡眠模式，以实现低功耗运行。

2.4 芯片资料

数据手册下载地址：

• NSD8308-Q1_Datasheet_version_Rev1.5

3.测试环境

纳芯微官方有一个NSD8308开发板以及配套的MCU底板（S32K144），可以配合他们提供的上位机对NSD8308进行控制。这次测试基于MCU底板进行编程两块板子的连接示意图如下：

该MCU底板的对外接口和NXP官方的S32K144EVB兼容，以S32K144EVB为参照对应的引脚连接图如下所示：

以NSD8308引脚分布图为参照对应的连接图如下所示，其中OUT1和OUT2，以及OUT3和OUT4分别接一个电机作为负载，电机空载电流在20mA左右：

4.软件驱动

接下来基于S32K144+S32DS 2.2介绍如何驱动NSD8308。

4.1 SPI

NSD8308的SPI接口要求如下图：

• 一帧16bit，MSB
• NSD8308做从机
• CPOL为0，即时钟高电平有效
• CPHA为1，即在第二个边沿采样
• 支持的最大频率为5MHz

NSD8308通过SPI接收的一帧数据为16bit，组成部分如下：

• MCU发给NSD8308的帧结构

如果是给NSD8308发送读指令，DATA建议填入0x00。

• NSD8308回给MCU的帧结构

如果NSD8308收到的是写指令，那返回的DATA是被重新写入值的寄存器原先存储的数据。

S32K144的SPI外设配置如下：

1. 引脚配置如下图：

2. SPI参数配置如下图：

3. 发送和接收的帧结构的代码如下图：

4. 读写寄存器的API函数如下图所示：

4.2 寄存器

NSD8308内部的寄存器主要有如下几种：

状态寄存器（Status Registers）:

• STA_0: 包含过温关闭（OTSD）、过温警告（OTWARN）、开路负载（OPL）、过流（OC）、电源监控下欠压（VM_UV）、电源监控上过压（VM_OV）和上电复位（NPOR）状态。
• OC_STA_1/2: 包含各半桥通道的过流状态。
• OPL_STA_1/2: 包含各半桥通道的开路负载状态。
• HB_STA_1/2: 包含各半桥通道的输出电压状态。

控制寄存器（Control Registers）:

• GEN_CTRL_0: 包含关闭诊断比较器使能（OFF_DIAG_COMP_EN）、设备ID（DEVICE_ID）、过流屏蔽标志（OC_MASK_FLT）、过温警告屏蔽标志（OTW_NMASK_FLT）、过压阈值选择（OVP_H）和诊断清除（DIAG_CLR）。
• HB_CTRL_1/2/3: 包含各半桥通道的高侧（HS）和低侧（LS）使能控制。
• HB_PWM_CTRL1/2: 包含各半桥通道的PWM使能和PWM通道禁用控制。
• FW_CTRL_1/2: 包含各半桥通道的主动和被动续流功能（free-wheeling）。

如果使用PWM控制，发现PWM的低电平没法到0V，可以将对应输出通道的free-wheeling功能打开。

PWM控制寄存器（PWM Control Registers）:

• PWM_MAP_CTRL_1/2/3/4/5/6: 设置每个半桥通道使用的PWM发生器通道。
• PWM_FREQ_CTRL1/2: 设置PWM发生器的频率。
• PWM_DC_CTRL1/2/3/4/5/6/7/8: 设置PWM发生器的占空比。

其他控制寄存器（Other Control Registers）:

• HB_SR_CTRL_1/2: 设置半桥通道的输出上升/下降斜率。
• OPL_CTRL_1/4/9，OPL_OC_CTRL_2/3: 控制开路负载诊断功能，包括屏蔽标志、半桥动作、过流去抖滤波器时间、开路负载阈值和过流保护阈值等。

OPL_CTRL_9寄存器的bit7-bit4需要先通过GEN_CTRL_1寄存器的bit3进行解锁才能写值。

• OPL_CTRL_5/6/7/8,设置off-state诊断需要的上下拉电流源

特殊功能寄存器（Special Function Registers）:

• GEN_CTRL_1: 包含SS_MOD（扩展频谱配置）、SS_DEV（调制偏差）、RD_CLR_EN（SPI读清除使能）、unlock（寄存器锁定/解锁功能）和SPI_ERR（SPI通信错误标志）。

如果遇到RE、CE实验在53MHz、88MHz等频点超标，可以将GEN_CTRL_1寄存器赋值A0，对应的配置为展频为31.25KHz，deviation为10%，能够解决RE、CE超标的问题。

根据寄存器编写对应的头文件部分代码如下图：

4.3 SPI ON/OFF控制

如果使用NSD8308的SPI ON/OFF控制方式，数据手册推荐的操作方式如下：

为了避免红框中的情况，需要确保组成全桥控制的两个半桥通道的使能bit在同一个寄存器中，如OUT1、OUT2、OUT3、OUT4配对使用，OUT5、OUT6、OUT7、OUT8配对使用。且两个配对通道的HS/LS一起打开。

举个例子，使用OUT1和OUT2控制一个有刷电机，如果需要电机正转，需要同时打开OUT1的HS和OUT2的LS，即对寄存器HB_CTRL_1写值0x06。

纳芯微原厂推荐的NSD8308初始化加SPI ON/OFF的流程图如下：

对应的NSD8308初始化代码如下图，off-state诊断功能暂未实现。

SPI ON/OFF控制代码如下图：

4.4 PWM控制

如果使用NSD8308的PWM控制，数据手册推荐的操作方式如下：

纳芯微原厂推荐的NSD8308初始化加PWM控制的流程图如下：

PWM控制涉及到的NSD8308初始化和SPI ON/OFF控制一样，代码就不放了；
PWM控制代码如下图：

5.测试情况

最终完整的工程功能为：

• OUT1和OUT2控制电机1，每按一次按键，电机1的状态进行切换，正转->停止->反转->停止->正转…
• OUT3和OUT4控制电机2，OUT3为HS，OUT4为LS，OUT3使用PWM模式，占空比初始值为50%，每按一次按键，占空比减少6%。

工程已放到百度网盘，链接如下：

• 链接: https://pan.baidu.com/s/1b_3dOqe55Rwr7BAPMsKDLg
• 提取码: 49sb

实际的效果如下：

OUT3和OUT4的初始波形如下图所示：

• 软件设置频率200Hz，占空比50%。