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常用电机微控制器之比较

发布时间:2020-07-21 18:42:58 阅读: 来源:电热片厂家

电机控制是微控制器的一个重要应用领域。近几十年来,随着微电子工艺水平的提高,电机微控制水平有了飞速的发展。世界上著名的集成电路芯片制造商纷纷推出各自的产品,使得电机微控制器种类不断增多,功能日益增强。常见的有Intel公司的 8CX196MC/MD/MH、TI公司的TMS320C24x系列、 Motorola公司的M68HC08/16、ADI公司的ADMCxxx系列微控制器等等。

本文引用地址:对于现代高性能的电机控制系统而言,除了要有一个功能强大的计算内核外,还需要一些附加的外部电路,如高分辨率的A/D变换器、多路输入输出I/O口等,尤其需要一个用于产生驱动逆变器功率开关元件的PWM信号的波形发生单元和定时器单元,这也是电机微控制器共同的重要特片。

1 基本结构

1.1 8XC196MC的基本结构

8XC196MC 是Intel公司专门为电机高速控制所设计的一种16位微控制器,基本结构如图1所示。它有1个C196内核(寄存器-寄存器结构),当时钟频率为 16MHz时,进行1次16bit×16bit运算需1.75μs;进行1次32bit/16bit运算需3μs;另外包括488字节的寄存器RAM、 64KB程序空间、中断、7个I/O口共40条I/O口线,PTS工作方式支持串行输入、输出(SIO)功能;片内外设有1个13通道的A/D转换器,可工作在8位或10位模式,采样保持时间、转换时间、阀植检测方式和零偏补偿校正均可编程;2个16位定时器;1个事件处理器阵列(EPA)有4路捕捉/比较模块和独立的4路比较模块,它和定时器共同完成对事件监测与控制,具有125ns的事件处理分辨能力;1个三相波形发生器(Waveform Generator简称WG)和1个脉宽调制单元(PWM)。在运行中可动态选择8位或者16位的总线宽芳,并能通过HOLD/HLDA协议方便地实现多处理器通信。

8XC196MD是8XC196MC的改进型,引脚兼容且基本结构相同,只是在其基础上增加了如下功能;

①1路频率发生器产生的频率可编程的方波,适用于红外遥控通信;

②在EPA中,添加了2路捕捉/比较模块和独立的2路比较模块;

③增加8个I/O引脚,2个数字输入引脚及1个A/D输入引脚。

1.2 TMS320C240 DSP的基本结构

TI(德州仪器)公司于1997年推出的电机微控制TMS320C240,是第1片专门为满足复杂电机控制需求而设计的单片DSP控制器,其结构如图2所示。由于具有硬件乘法器及多总线结构,TMS320C240支持高速指令周期及单周期乘法,16位定点DSP内核的计算速度达20 MIPS(1个指令周期50ns),片内有544字的数据/程序RAM和16K字的程序ROM,外设包括1个专用于电机控制的事件管理器(可用于产生三相 PWM信号和捕捉光电编码器的脉冲信号)、2个8路10位A/D变换器、1个看门狗定时器、1个串行通信接口(SPI)、1个串行外设接口(SCI口)和 4个8位共32路I/O口。

1.3 ADMC331的结构

ADMC3xx 系列是美国ADI(模拟器件)公司生产的单片DSP电机控制器。它们均以1个ADSP-2171DSP为基础内核,配以电机控制所需要的外设单元组成,主要包括ADMC300、ADMC328、ADMC330、ADMC331和ADMC401。其中,ADMC 328属于简单型控制器,仅有28个引脚,主要应用在家用电器或一般较简单的业控制系统中;ADMC300/330/331控制器引脚均为80个,性能居中,可较好地满足一般调速系统的控制要求;ADMC401为高档型DSP控制器,引脚多达144个,功能丰富,可应用于高精度且复杂的调速控制系统中。这里以ADMC331为例简要介绍一下其结构特点。

ADMC331集成了1个26MIPS的16位定点DSP内核ADSP2171和一系列电机控制所需设备。DSP内核并联了3个运算单元,ALU(算术逻辑)、MAC(乘加)和SHIFTER(移位)。ADMC331还提供了2K×24位的程序存储器(ROM)、2K×24位程序存储器(RAM)和1K× 16位数据存储器(RAM),程序及数据存储器RAM内的存储内部可由其串口从外部ROM中以同步或异步方式装入,ROM中还固化了一些常用的电机控制用子程序和常数,为控制系统的程序设计提供了方便。从图3的结构框图中可见,ADMC331的外设包括1个16位三相PWM发生器,能够灵活编程产生精确 PWM信号以驱动逆变器的功率开关;7个模块输入通道,最高分辨率为12位,最高采样频率为32.5kHz;2个辅助8位PWM输出通道,可用来为被控的功率因数校正或其它开关变换器提供开关信号,亦可通过合适的滤波网络作为数模转换的输出;16位的监视定时器和可编程的16位定时器;每位均可设置为输入 /输出或中断的24位数字可编程输入/输出(PIO)端口及2个双缓冲的串行口。再加上丰富的DSP操作指令的支持,单周期指令执行时间可达 38.5ns,使之不失为电机调速控制的理想器件。

2 PWM信号的形成

对于任何种类的三相电机控制系统,均要求产生3对完善的PWM信号以驱动逆变器上下桥臂功率开关元件,并要求每对PWM信号有适当的导通延时,以防止下桥臂功率开关同时导通而毁坏系统。这也正是电机微控制器区别于其它种类微控制器的重要特征。

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