隨著信息技術的發(fā)展，網(wǎng)絡通信、信息安全和信息家電產(chǎn)品的普及，嵌入式MCU正是所有這些信息產(chǎn)品中必不可少的部件。目前國內(nèi)一些科研院校和半導體公司都在致力于研發(fā)自主設計的嵌入式微控制器，這對我國的半導體產(chǎn)業(yè)、電子產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

一、 概述

無刷直流電機由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。電動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機十分相似。電動機的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機轉(zhuǎn)子的極性，在電動機內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動;接受位置傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩;接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速;提供保護和顯示等等。

永磁無刷直流電機(Permanent Magnet Brushless DC Motor以下簡稱PMBLDC)由于其固有的特點，在家用消費類產(chǎn)品(空調(diào)、冰箱、洗衣機)和IT周邊產(chǎn)品(打印機、軟驅(qū)、硬驅(qū))中得到廣泛的應用。永磁無刷直流電機性能的發(fā)揮，除電機本身的設計以外，還要靠驅(qū)動技術和實現(xiàn)這一驅(qū)動技術的驅(qū)動板來保證。永磁無刷直流電機的驅(qū)動板又是連接上位控制MCU和電力電子變換器的橋梁：它接收上位機的命令，通過一定的控制方法，來達到預定的控制目標;同時把當前電機狀態(tài)及一些基本參數(shù)返回給上位控制的MCU。由上述對PMBLDC驅(qū)動板應達到的功能可知，此類驅(qū)動板的核心器件應是帶多路(6路以上)PWM輸出的嵌入式微控制器。由于目前國內(nèi)對INTEL MCS-51系列單片機的應用有了廣泛基礎，我們選用了完全采用8031核，最高時鐘頻率可達40MHz的Infineon C504嵌入式微控制器。

二、 C504的硬件驅(qū)動模式

C504在8031核的基礎上，除了增加A/D轉(zhuǎn)換等外圍接口功能電路外，還增加了非常適合于電機控制的7路全數(shù)字PWM輸出單元CCU(Capture/Compare Unit，捕捉比較單元)。CCU的功能框圖如圖1所示。當C504工作在硬件驅(qū)動模式時，cout3可以調(diào)制cc0,cout0,cc1,cout1,cc2,cout2上面，而且其輸出的時序由INT0，INT1，INT2編碼控制。

在圖1中，左邊的fosc/2是整個單元工作的時間基準;

CTRAP端可控制cc0-cout2輸出端狀態(tài)，處于CTRAP狀態(tài)時cc0～cout2的狀態(tài)可軟件定義;

cc0-cout2端為3相6路16位PWM輸出;

ccx和coutx(x=1,1,2)為互補信號，并且可以通過設置Offset Register的數(shù)值來控制其死區(qū)時間;

cout3是單路10 bit PWM輸出端，而INT0～INT2是外部控制，通過INT0～INT2的編碼來控制cc0～cout2的輸出次序。

圖2是C504使用在一臺外轉(zhuǎn)子的永磁無刷直流電機作為電動自行車的驅(qū)動電機時，工作在硬件模式下的電流波形。

這臺樣機現(xiàn)在已由杭州光陽機電技術有限公司投入生產(chǎn)。當用作電動車驅(qū)動的永磁無刷直流電機采用嵌入式微控制器控制時，可以實現(xiàn)平穩(wěn)啟動等一系列普通模擬控制器所無法實現(xiàn)的功能。

三、 C504的軟件驅(qū)動模式

C504除了提供硬件驅(qū)動模式外，另外還提供了可以任意組合PWM輸出的軟件驅(qū)動動模式，如圖3所示。

所講任意組合有兩層含義：

1)制的電機的相數(shù)可以選擇，并可用不同的ccx和coutx(x=0，1，2)端;

2)控制的方法可以是一般的PWM，也可以是SPWM控制，這一點可以應用到PMBLDC的準正弦電流控制中。

圖4是控制一臺DCDD(DC Direct Drive)洗衣機的電流波形。從圖中可以看出其電流波形已非常接近正弦，取得了良好的控制效果。

四、 結(jié)語

Infineon的嵌入式微控制器C504的CCU單元提高了非常適合于PMBLDC電機控制的功能，通過選擇硬件和軟件模式，可方便地達到所需要的控制目的;且C504價格低廉，抗干擾性強，適合作為一個控制芯片，嵌入到類似驅(qū)動板這樣的功率變換器與計算機之間的中間部件。目前，我們采用C504作為多軸控制系統(tǒng)的底層嵌入式控制芯片，準備在數(shù)控機械，印刷等行業(yè)上應用。