用于高精度運(yùn)動(dòng)控制的微控制器

如今，微控制器 (MCU) 代表了最重要的計(jì)算技術(shù)之一，因?yàn)樗鼈儸F(xiàn)在是所有嵌入式應(yīng)用程序的基礎(chǔ)。微控制器提供無數(shù)計(jì)算解決方案，有時(shí)甚至具有特定于應(yīng)用程序的性質(zhì)，例如電機(jī)控制。電機(jī)控制應(yīng)用通常通過結(jié)合專用電機(jī)控制單元和系統(tǒng)控制單元來實(shí)現(xiàn)，兩者都使用微控制器及其相關(guān)軟件。

一些微控制器設(shè)計(jì)用于同時(shí)控制空調(diào)、洗衣機(jī)和洗碗機(jī)等設(shè)備中的多個(gè)永磁電機(jī)。此外，通用逆變器、不間斷電源 (UPS) 以及加熱系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和溫度調(diào)節(jié)應(yīng)用等工業(yè)應(yīng)用可以實(shí)施各種 MCU 解決方案。

低功耗 MCU

由于需要延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間，因此必須注意所有硬件組件的電源要求，尤其是微控制器。在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員必須了解他們?cè)敢饨邮艿恼壑苑桨?，并評(píng)估市場(chǎng)上微控制器技術(shù)特性的差異。這些設(shè)備的技術(shù)是 CMOS。該技術(shù)呈現(xiàn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)行為。處理此類技術(shù)時(shí)需要考慮兩個(gè)基本方面：晶體管不開關(guān)時(shí)吸收的電流（漏電流）和開關(guān)不工作時(shí)吸收的電流。

MCU 的能源需求取決于其工作模式和被迫工作的環(huán)境條件。微控制器具有三種基本操作模式，它可以在其中運(yùn)行（因此會(huì)消耗能量）：正常、等待模式和停止模式。顯然，在正常模式下，微控制器完全可以運(yùn)行，而這正是模式。如果與其他模式相比，這種模式需要更高的能耗。

越來越具體和完整的板載微控制器外圍設(shè)備的開發(fā)使得控制電路的集成越來越緊密，從而減少了空間和功耗。

高性能設(shè)備

東芝的 M3H設(shè)備集成了高性能模擬電路和支持完整電機(jī)控制所需的各種基本功能。該系列包括 64 至 144 引腳封裝，具有 256 至 512KB 的閃存和 32KB 的數(shù)據(jù)閃存。工作頻率為80MHz。集成功能包括高精度模擬電路，如轉(zhuǎn)換速度為1.5μs、最多21通道的12位ADC轉(zhuǎn)換器和8位2通道DAC。此外，東芝提供包含數(shù)字 RDC、矢量引擎 (VE) 和一次性脈沖發(fā)生器的 MCU 解決方案。這些特性提高了算法的效率。

Microchip dsPIC33CK 是用于電機(jī)控制的雙核版本。對(duì)于快速控制周期，它包括減少延遲的寄存器、加速數(shù)字信號(hào)處理的附加指令、緊密的外設(shè)耦合和快速時(shí)鐘。它尺寸小，可采用高達(dá) 5x5mm 36pin μQFN 和高達(dá) 12x12mm 80pin TQFP 的封裝。處理速度高達(dá) 100Mips，適用于控制多個(gè)執(zhí)行磁場(chǎng)定向控制算法和功率因數(shù)校正的無傳感器和無刷電機(jī)。

Microchip 的 32 位微控制器涵蓋廣泛的電機(jī)控制應(yīng)用，從初級(jí) 6 步無刷直流 (BLDC) 控制到高級(jí)無傳感器磁場(chǎng)定向控制 (FOC)。SAM C Cortex?-M0 + (MCU) 微控制器系列基于數(shù)十年的內(nèi)置閃存微控制器技術(shù)創(chuàng)新和經(jīng)驗(yàn)。這些設(shè)備將 ARM Cortex-M0 + MCU 的高性能電機(jī)控制和能效與優(yōu)化的架構(gòu)和一組外設(shè)相結(jié)合。SMART SAM C 非常適合在 5V 電壓下運(yùn)行的家用電器和其他控制應(yīng)用。CAN-FD、LIN 和汽車認(rèn)證使 SAM C2x 系列成為汽車應(yīng)用（例如內(nèi)部座椅、門鎖、電動(dòng)車窗等）的明智選擇。

在SAM中C2x系列器件在IDE Microchip的/愛特梅爾工作室，工作室愛特梅爾框架和START支持軟件和配置實(shí)例。對(duì)于硬件開發(fā)，SAM C2x 系列支持 Xplained Pro 套件 (ATSAMC21-XPRO)，該套件支持額外的 Arduino 式板。對(duì)于 BLDC 電機(jī)控制應(yīng)用，Microchip 提供了一個(gè) 24 伏開發(fā)平臺(tái)——ATSAMD21BLDC24V-STK——具有完整的功率級(jí)和可互換的插入式電機(jī)（圖 1）。

圖 1：SAM C 的框圖和應(yīng)用電路

Microchip SAM D Cortex?-M0 + 設(shè)備是風(fēng)扇和空氣處理系統(tǒng)的完美解決方案。這些低成本器件可為 BLDC 應(yīng)用提供足夠的功率，并且在與 MCP8063 等“智能”正弦電機(jī)驅(qū)動(dòng)器結(jié)合使用時(shí)仍能正常工作。這種組合為符合 AEC-Q100 標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用提供了解決方案。

審核編輯：郭婷