用于高精度运动控制的微控制器-电子发烧友网

如今，微控制器 (MCU) 代表了最重要的计算技术之一，因为它们现在是所有嵌入式应用程序的基础。微控制器提供无数计算解决方案，有时甚至具有特定于应用程序的性质，例如电机控制。电机控制应用通常通过结合专用电机控制单元和系统控制单元来实现，两者都使用微控制器及其相关软件。

一些微控制器设计用于同时控制空调、洗衣机和洗碗机等设备中的多个永磁电机。此外，通用逆变器、不间断电源 (UPS) 以及加热系统、通风系统和温度调节应用等工业应用可以实施各种 MCU 解决方案。

低功耗 MCU

由于需要延长运行时间，因此必须注意所有硬件组件的电源要求，尤其是微控制器。在设计阶段，设计人员必须了解他们愿意接受的折衷方案，并评估市场上微控制器技术特性的差异。这些设备的技术是 CMOS。该技术呈现静态和动态行为。处理此类技术时需要考虑两个基本方面：晶体管不开关时吸收的电流（漏电流）和开关不工作时吸收的电流。

MCU 的能源需求取决于其工作模式和被迫工作的环境条件。微控制器具有三种基本操作模式，它可以在其中运行（因此会消耗能量）：正常、等待模式和停止模式。显然，在正常模式下，微控制器完全可以运行，而这正是模式。如果与其他模式相比，这种模式需要更高的能耗。

越来越具体和完整的板载微控制器外围设备的开发使得控制电路的集成越来越紧密，从而减少了空间和功耗。

高性能设备

东芝的 M3H设备集成了高性能模拟电路和支持完整电机控制所需的各种基本功能。该系列包括 64 至 144 引脚封装，具有 256 至 512KB 的闪存和 32KB 的数据闪存。工作频率为80MHz。集成功能包括高精度模拟电路，如转换速度为1.5μs、最多21通道的12位ADC 转换器和8位2通道DAC。此外，东芝提供包含数字 RDC、矢量引擎 (VE) 和一次性脉冲发生器的 MCU 解决方案。这些特性提高了算法的效率。

Microchip dsPIC33CK 是用于电机控制的双核版本。对于快速控制周期，它包括减少延迟的寄存器、加速数字信号处理的附加指令、紧密的外设耦合和快速时钟。它尺寸小，可采用高达 5x5mm 36pin μQFN 和高达 12x12mm 80pin TQFP 的封装。处理速度高达 100Mips，适用于控制多个执行磁场定向控制算法和功率因数校正的无传感器和无刷电机。

Microchip 的 32 位微控制器涵盖广泛的电机控制应用，从初级 6 步无刷直流 (BLDC) 控制到高级无传感器磁场定向控制 (FOC)。SAM C Cortex®-M0 + (MCU) 微控制器系列基于数十年的内置闪存微控制器技术创新和经验。这些设备将 ARM Cortex-M0 + MCU 的高性能电机控制和能效与优化的架构和一组外设相结合。SMART SAM C 非常适合在 5V 电压下运行的家用电器和其他控制应用。CAN-FD、LIN 和汽车认证使 SAM C2x 系列成为汽车应用（例如内部座椅、门锁、电动车窗等）的明智选择。

在SAM中C2x系列器件在IDE Microchip的/爱特梅尔工作室，工作室爱特梅尔框架和START支持软件和配置实例。对于硬件开发，SAM C2x 系列支持 Xplained Pro 套件 (ATSAMC21-XPRO)，该套件支持额外的 Arduino 式板。对于 BLDC 电机控制应用，Microchip 提供了一个 24 伏开发平台——ATSAMD21BLDC24V-STK——具有完整的功率级和可互换的插入式电机（图 1）。