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     MCU是目前市場主流的電機(jī)控制方案，適用于高、中、低端電機(jī)控制。通過內(nèi)部集成的電機(jī)控制模塊，可簡化客戶對(duì)于電機(jī)控制的開發(fā)；而相對(duì)于DSP較強(qiáng)的控制功能，能更好地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的伺服控制和保護(hù)功能。此外在32位處理器，通過提高運(yùn)算處理速度，也可以很好地實(shí)現(xiàn)空間矢量、磁場定位和PD閉環(huán)調(diào)節(jié)的復(fù)雜控制。

     對(duì)于小型BLDC冷卻風(fēng)扇等簡單的低功耗電機(jī)控制應(yīng)用來說，專用標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)控制IC可以實(shí)現(xiàn)低成本。但對(duì)要求苛刻的應(yīng)用來說，就更適合使用DSP、MCU和FPGA，因?yàn)榭梢栽黾悠渌到y(tǒng)管理功能，例如監(jiān)測電機(jī)參數(shù)和狀態(tài)，以及與主機(jī)系統(tǒng)的通信等。

     目前，8位MCU主要用于低成本，低性能場合，16位、32位DSP/MCU則用于中/高性能場合。其中DSC的性價(jià)比是比較高的。

     關(guān)于電機(jī)控制方案，DSP、MCU和FPGA各有其優(yōu)特點(diǎn)。DSP因?yàn)閿?shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快，適用于高端復(fù)雜的電機(jī)系統(tǒng)控制，如實(shí)現(xiàn)交流感應(yīng)電機(jī)的空間矢量控制算法、無傳感器的空間定位等，但它依賴于軟件算法的成熟度和穩(wěn)定性，對(duì)開發(fā)者的要求比較高。此外因?yàn)閮?nèi)核電壓及接口電平主要是3.3V或者1.8V，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器需要相關(guān)電平的驅(qū)動(dòng)電路支持。

         單片機(jī)帶DSP的功能一般運(yùn)用于比較高端的，速度要求比較快的應(yīng)用。Microchip的16位單片機(jī)帶有DSP功能，支持定點(diǎn)小數(shù)格式數(shù)學(xué)運(yùn)算，可以很方便的實(shí)現(xiàn)小數(shù)乘法。FPGA有自己的特點(diǎn)，它很靈活，但入門門檻高，單價(jià)高。一般用于量不大的領(lǐng)域。

      通過上面的介紹，大家應(yīng)該對(duì)MCU、DSP、FPGA各自的特點(diǎn)以及適合的應(yīng)用場合都有了一些了解了，那么今天主要想跟大家分享在我們電機(jī)控制項(xiàng)目中對(duì)MCU的選取需要考慮那么東西？

      那么我們拿到一個(gè)項(xiàng)目，客戶會(huì)給我們一個(gè)項(xiàng)目需求，這個(gè)項(xiàng)目需求中會(huì)包括整個(gè)項(xiàng)目要實(shí)現(xiàn)的功能，以及完成這個(gè)功能要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，那么選型MCU就需要根據(jù)功能及其技術(shù)指標(biāo)來考慮。

      對(duì)于一個(gè)電機(jī)控制系統(tǒng)來說，其實(shí)有一些MCU的外設(shè)模塊是必須用到的，例如IO模塊、ADC模塊、PWM模塊、通訊模塊、定時(shí)器模塊、輸入捕捉模塊。

IO模塊用于一個(gè)簡單的輸入輸出功能的實(shí)現(xiàn)，可以用于按鍵及LED燈的控制。

      ADC模塊用于模擬量的采集，可以用于旋鈕調(diào)速、電壓采集、電流采集、溫度采集等等，在有的電機(jī)控制算法中，對(duì)模擬量的采集要求并不是很高，所以ADC模塊的速率要求就比較低，但是在FOC算法控制中，需要對(duì)相電流進(jìn)行采集，整個(gè)算法都是圍繞著電流進(jìn)行的，所以對(duì)ADC模塊的速率就會(huì)有要求了，需要高速ADC，這樣才能獲取準(zhǔn)確的采樣位置的電流結(jié)果，算法的計(jì)算精度就會(huì)更加準(zhǔn)確。

       PWM模塊用于輸出PWM波驅(qū)動(dòng)逆變橋，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)，對(duì)PWM模塊的要求是要分辨率足夠高，如果要驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)的話，那么就需要至少產(chǎn)生三路PWM信號(hào)，如果要做正弦波控制的話，還需要PWM模塊能夠產(chǎn)生互補(bǔ)PWM信號(hào)及死區(qū)設(shè)定。一般的電機(jī)控制系統(tǒng)中，都會(huì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，所以最好PWM模塊提供故障輸入功能，用于在發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)關(guān)斷PWM輸出，達(dá)到保護(hù)系統(tǒng)的目的。

      通訊模塊用于單片機(jī)跟外部進(jìn)行信息傳輸，比如串口通訊模塊，可以支持上位機(jī)跟單片機(jī)之間的通訊，像串口程序升級(jí)、串口調(diào)參等等。在有的系統(tǒng)中，485、CAN通訊也會(huì)被使用，其目的還是用于單片機(jī)跟外界進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。不同的通訊方式適用場合也不同，有的需要高速數(shù)據(jù)傳輸，因此SPI、USB等通訊方式就需要被使用，而有的只是作為一個(gè)指令控制，不需要很高的通訊速率，一般普通的串口通訊就可以實(shí)現(xiàn)。

      定時(shí)器模塊用于一些定時(shí)任務(wù)，如需要一段時(shí)間執(zhí)行什么任務(wù)，就可以用定時(shí)器模塊來控制時(shí)間，有的單片機(jī)定時(shí)器模塊跟PWM模塊是集成在一起的，所以也有PWM波生成的功能，比如STM32單片機(jī)就是這樣的。

        輸入捕捉模塊用于捕捉外部的數(shù)字信號(hào)，比如需要測量電機(jī)的速度，可以利用輸入捕捉模塊對(duì)霍爾信號(hào)進(jìn)行捕捉，也或者對(duì)一個(gè)PWM信號(hào)進(jìn)行捕捉，可以得到PWM信號(hào)的周期和占空比，這個(gè)PWM信號(hào)作為電機(jī)系統(tǒng)的調(diào)速信號(hào)使用。

圖四：無傳感器電機(jī)控制MCU資源使用情況示意圖

      所以，這些模塊的選用需要根據(jù)項(xiàng)目功能選取，只有項(xiàng)目需求明確了，才能很好的選擇需要使用的外設(shè)模塊。因此，外設(shè)模塊是MCU選型的一個(gè)重要參考。

在MCU選型的時(shí)候，還需要考慮CPU的主頻，如果主頻低了，那么指令執(zhí)行的時(shí)間相對(duì)于主頻高的單片機(jī)就會(huì)更長，就無法滿足算法的執(zhí)行時(shí)間需求，即使能夠?qū)崿F(xiàn)算法，可能電機(jī)執(zhí)行的效率等方面都不是最佳的狀態(tài)，因此CPU主頻的選取也需要根據(jù)項(xiàng)目要求及功能權(quán)衡。

      最后，價(jià)格是大多數(shù)項(xiàng)目中MCU選型需要考慮的因素，有的項(xiàng)目，整個(gè)項(xiàng)目成本需求就幾十塊錢，那么如果選用很高檔的單片機(jī)，勢必造成產(chǎn)品價(jià)格的偏高，最終導(dǎo)致項(xiàng)目不賺錢甚至虧本，所以，在滿足項(xiàng)目需求的功能前提下，單片機(jī)的價(jià)格越低越好，這樣才能做出性價(jià)比高的產(chǎn)品，為公司節(jié)省更多的成本，賺更多的錢。