大家好，今天我們來(lái)聊一聊電機(jī)控制中的 MCU 選型如何考慮？不同應(yīng)用對(duì)器件的要求 有很大的區(qū)別。目前市場(chǎng)上的控制器/驅(qū)動(dòng)器解決方案各有千秋，包括了針對(duì)特定簡(jiǎn)單應(yīng) 用的標(biāo)準(zhǔn)控制器/驅(qū)動(dòng)器、以及采用外部緩沖柵極驅(qū)動(dòng)器和功率級(jí)的 MCU、DSP 和 FPGA。

MCU 是目前市場(chǎng)主流的電機(jī)控制方案，適用于高、中、低端電機(jī)控制。通過(guò)內(nèi)部集成 的電機(jī)控制模塊，可簡(jiǎn)化客戶(hù)對(duì)于電機(jī)控制的開(kāi)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(guò)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(chǎng)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(jiǎn)單的低功耗電機(jī)控制應(yīng)用來(lái)說(shuō)，專(zhuān)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(lái)說(shuō)，就更適合使用 DSP、MCU 和 FPGA，因?yàn)榭梢栽?加其他系統(tǒng)管理功能，例如監(jiān)測(cè)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(chǎng)合，16 位、32 位 DSP/MCU 則用于中/高性 能場(chǎng)合。其中 DSC 的性?xún)r(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(wú)傳感器的空間定位等，但它依賴(lài)于軟件算法的成熟度和穩(wěn)定性，對(duì)開(kāi)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(mén)門(mén)檻高，單價(jià)高。一般用于量不大的領(lǐng)域。

通過(guò)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(chǎng)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？

我們拿到一個(gè)項(xiàng)目，客戶(hù)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(lái)考慮。

對(duì)于一個(gè)電機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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(jiǎn)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(chǎng)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(lái)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。

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