序跑飛，看門狗計數(shù)器7會計數(shù)溢出，看門狗定時器7產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位，整個芯片將重新開始工作，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的保護(hù)?？撮T狗定時器7 (Watch Dog Timer)掛接在APB總線上。
[0039]電機(jī)控制單元(MCM)S能產(chǎn)生用于電機(jī)控制的任意可帶死區(qū)的PWM波。用于驅(qū)動電機(jī)控制系統(tǒng)的三相逆變橋的6路互補(bǔ)(波形兩兩對稱)的PWM波:PWM1與PWM2、PWM3與PWM4、PWM5與PWM6。如果三相逆變橋的上下橋臂的MOS管的導(dǎo)通或關(guān)斷時間不對稱，可能會出現(xiàn)上下橋臂的MOS管同時導(dǎo)通的情況(PWM1與PWM2同時出現(xiàn)高電平就會出現(xiàn)該情況，其他類似)，這就有可能造成短路而燒壞三相逆變橋、甚至燒壞電機(jī)。因此，PWMl與PWM2、PWM3與PWM4、PWM5與PWM6，在芯片內(nèi)部輸出時要插入死區(qū)，使每對PWM波的相鄰邊沿之間有一定的延時。
[0040]電機(jī)控制單元(MCM)S內(nèi)置霍爾傳感器與光電編碼器的接口單元、支持硬件剎車中斷功能。其中霍爾傳感器與光電編碼器的接口單元可以根據(jù)輸入的電機(jī)霍爾信號或編碼器信號來判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息，并根據(jù)該位置信息實現(xiàn)6路PWM的換相操作。當(dāng)外部控制系統(tǒng)發(fā)生過流時，電機(jī)控制單元中的硬件剎車模塊根據(jù)比較器12的輸出直接關(guān)斷6路PWM波的輸出，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的過流保護(hù)。該電機(jī)控制單元內(nèi)部包含一重復(fù)計數(shù)器，該重復(fù)計數(shù)器用來控制在指定數(shù)目的計數(shù)器周期之后更新定時器的寄存器值，例如設(shè)置重復(fù)計數(shù)器寄存器TIME_RCR的值為6，則PWM定時器需要經(jīng)過6次計數(shù)器周期后才可以更新它的周期寄存器、比較寄存器等相關(guān)寄存器；對于PWM事件觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換，支持在PWM事件發(fā)生時，先經(jīng)過一段的延時后再觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換；電機(jī)控制單元(MCM) 8掛接在APB總線上。
[0041]三個通用定時器(Timerl/2/3)9具有輸入定時、捕獲與輸出比較的功能，其捕獲功能可實現(xiàn)對輸入方波信號的周期、占空比的測量，其輸出比較功能可實現(xiàn)PWM波的輸出。3個通用定時器為16位精度，工作時鐘為PCLK的0-65535的任意分頻時鐘。3個通用定時器(Timerl/2/3)掛接在APB總線上。
[0042]高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 24，為逐次逼近(SAR)結(jié)構(gòu)，帶有雙采樣保持功能，速度為
1.5Msps，16個轉(zhuǎn)換通道，轉(zhuǎn)換精度為10位，12位轉(zhuǎn)換結(jié)果；所述的雙采樣保持功能指的是ADC內(nèi)部具有兩塊采樣保持電路，ADC轉(zhuǎn)換內(nèi)核只有一個，可同時對兩個通道的模擬信號進(jìn)行采樣并保持?jǐn)?shù)據(jù)，待ADC轉(zhuǎn)換內(nèi)核依次轉(zhuǎn)換。
[0043]高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器控制器(ADC Controler) 16為ADC的數(shù)字控制單元，該單元可使ADC具有序列單次轉(zhuǎn)換與序列連續(xù)轉(zhuǎn)換的功能，轉(zhuǎn)換序列的選擇可通過軟件編程控制。ADC的轉(zhuǎn)換啟動支持軟件觸發(fā)與PWM觸發(fā)。所述的序列單次轉(zhuǎn)換指的是用戶可通過寄存器配置來選擇對那幾個通道序列依次進(jìn)行轉(zhuǎn)換，當(dāng)選擇的通道序列轉(zhuǎn)換結(jié)束后，ADC停止轉(zhuǎn)換等待下一次的觸發(fā)事件到來。所述的序列連續(xù)轉(zhuǎn)換指的是用戶可通過寄存器配置來選擇對那幾個通道序列依次進(jìn)行轉(zhuǎn)換，當(dāng)選擇的通道序列轉(zhuǎn)換結(jié)束后，不需要觸發(fā)事件到來，直接開始新一輪的序列轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換連續(xù)進(jìn)行。
[0044]普通的單端輸入可編程模擬放大器PGAlO用于對芯片外部三相逆變橋中對地的母線小信號電壓進(jìn)行放大，然后該P(yáng)GAlO的輸出送向ADC24的通道ADCIN15進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同時該P(yáng)GA的輸出也送向比較器12的輸入端以實現(xiàn)系統(tǒng)的過流檢測。
[0045]高速模擬比較器單元12具有高速工作與低功耗工作兩種模式，且高速模式下的響應(yīng)時間小于100ns。高速模擬比較器單元12具有三個高速模擬比較器，是屬于功能結(jié)構(gòu)完全一致的比較器，下面以其中一個比較器COMPl為例進(jìn)行介紹。COMPl的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，其正端輸入可選擇外部引腳CPPl或內(nèi)部BANDGAP1.2V的參考電壓，其負(fù)端輸入可選擇PGAlO的輸出或外部引腳CPNl ;比較器具有多級遲滯可編程的功能，本實施例中有5mv，10mv,20mv三檔可選；比較器的輸出具有多級濾波系數(shù)可選的噪聲濾波功能，本實施例中濾波系數(shù)有8，16，32，64，128，256,512, 1024可選；比較器具有同步比較功能，可以選擇與電機(jī)控制單元MCM輸出的任意不互補(bǔ)的3路PWM波進(jìn)行同步，可選擇在PWM波的整個高電平期間或PWM波的高電平的中點(diǎn)處，比較器的輸出結(jié)果才被采樣。COMPl的同步比較示意圖如圖4所示，對于原始輸出，只要CPPl的輸入電壓大于CPNl的輸入電壓，輸出立刻為高電平，當(dāng)CPPl的輸入電壓小于CPNl的輸入電壓時，輸出立刻變?yōu)榈碗娖剑粚τ谂cPWM的高電平同步后的輸出，它只有在PWM的高電平期間隨著CPPl與CPNl的大小變化而變化；對于與PWM的高電平的中點(diǎn)同步后的輸出，它只有在PWM的高電平的中點(diǎn)處隨著CPPI與CPNl的大小變化而變化。該三個比較器用于在無刷直流電機(jī)的無傳感器方波控制方案中，通過檢測三相線圈反電動勢電壓的過零點(diǎn)來獲取6路PWM波換相的位置信息。
[0046]溫度傳感器(Temperature Sensor) 27的輸出與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 24的一個通道ADCIN7相連，作為ADC24的一個通道轉(zhuǎn)換輸入。所述的線性穩(wěn)壓單元(LDO)的輸出與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的一個通道VBG相連，作為ADC的一個通道轉(zhuǎn)換輸入。
[0047]整個MCU芯片都是基于AMBA總線設(shè)計的，AHB總線與APB總線通過橋接器APB-Bridge 相連。
[0048]圖5是本發(fā)明MCU芯片的模擬比較器模塊用于電機(jī)方波控制方案的連接示意圖。如圖5所不，三個模擬比較器12a、12b、12c的正輸入端輸入一 Vn參考信號，負(fù)輸入端分別是電機(jī)的三個線圈的電壓信號Va、Vb和Vc。三個模擬比較器12a、12b、12c在PWM波的整個高電平期間或PWM波的高電平的中點(diǎn)處，比較器的輸出結(jié)果才被采樣，因此比較器12的輸出值可以與PWM波進(jìn)行同步。在無刷直流電機(jī)無傳感器方波控制方案中，該技術(shù)手段可有效降低三相電壓信號的雜波影響，獲取準(zhǔn)確的換相位置信息。三個比較器支持多級遲滯可編程、輸出極性可選、輸出數(shù)字濾波。
[0049]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0050]第一、本芯片中的MATH協(xié)處理器實現(xiàn)32位除法的運(yùn)算速度是現(xiàn)有芯片軟件實現(xiàn)該類運(yùn)算的100倍，更快的運(yùn)算速度可使芯片的控制實時性更好、響應(yīng)速度更快，同時由于CPU不參與上述運(yùn)算(現(xiàn)有芯片的除法運(yùn)算是用戶開發(fā)軟件程序由CPU執(zhí)行運(yùn)算來完成的)，它可以在MATH運(yùn)算時執(zhí)行其他的功能，這又使得MCU芯片可以處理更多的任務(wù)。因此，使用本發(fā)明所提供的MCU芯片的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程更加平穩(wěn)、因此噪音更低；并且更快地對外部的控制信號作出實時的做出響應(yīng)變化。
[0051]第二、在MATH協(xié)處理器的實現(xiàn)方案中，其除法器運(yùn)算內(nèi)核的時鐘PCLK的頻率可以為寄存器接口時鐘HCLK的頻率的2倍，這個關(guān)于時鐘的創(chuàng)新可使的MATH協(xié)處理器的運(yùn)算速度更快。
[0052]第三、集成三個高速的模擬比較器，并且三個模擬比較器可以與PWM波同步，可以有效降低電機(jī)三相線圈電壓信號的雜波影響，獲取準(zhǔn)確的換相位置信息。
[0053]第四、可編程模擬放大器可用來檢測電機(jī)控制系統(tǒng)中的三相逆變橋的母線小信號電壓，從而實現(xiàn)對三相逆變橋的過流檢測。
[0054]第五、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案除了用作電機(jī)控制MCU芯片，還可以用在智能照明系統(tǒng)中的LED調(diào)光調(diào)色，由于芯片的時鐘頻率高，PWM具有16位精度，因此用該芯片可以使LED的光譜范圍更加廣泛，并且LED的燈光抖動更小。
[0055]本說明書中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于電機(jī)控制的微控制器，其特征在于，包括:一處理器，一存儲單元、一時鐘生成單元、一數(shù)學(xué)協(xié)處理器、一可編程模擬放大器、一模數(shù)轉(zhuǎn)換器、電機(jī)控制單元、一模擬比較器單元以及總線單元，所述處理器、存儲單元、時鐘生成單元、數(shù)學(xué)協(xié)處理器、可編程模擬放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、電機(jī)控制單元以及所述模擬比較器單元均通過所述總線單元連接。2.如權(quán)利要求1所述的用于電機(jī)控制的微控制器，其特征在于，所述數(shù)學(xué)協(xié)處理器用于執(zhí)行除法運(yùn)算，所述數(shù)學(xué)協(xié)處理器包括一除法器運(yùn)算模塊，所述除法器運(yùn)算模塊的時鐘頻率是所述處理器的時鐘頻率的2倍。3.如權(quán)利要求1所述的用于電機(jī)控制的微控制器，其特征在于，所述模擬比較器單元包括三個模擬比較器，所述三個模擬比較器的輸入輸出響應(yīng)時間小于100ns。4.如權(quán)利要求1所述的用于電機(jī)控制的微控制器，其特征在于，所述模擬比較器單元的輸入與所述電機(jī)的三相線圈連接，所述模擬比較器的輸出與所述電機(jī)控制單元的不互補(bǔ)的3路PWM波同步。5.如權(quán)利要求4所述的用于電機(jī)控制的微控制器，其特征在于，在所述PWM波的高電平或高電平的中點(diǎn)處，所述模擬比較器單元的輸出結(jié)果有效。6.如權(quán)利要求1所述的用于電機(jī)控制的微控制器，其特征在于，所述可編程模擬放大器用于對所述電機(jī)的三相逆變橋中對地的母線小信號電壓進(jìn)行放大，所述放大后的母線小信號電壓經(jīng)所述比較器單元比較后實現(xiàn)過流檢測。7.如權(quán)利要求1所述的用于電機(jī)控制的微控制器，其特征在于，所述總線單元包括一高速總線以及一低速總線，所述高速總線與低速總線通過一橋接器連接。8.如權(quán)利要求7所述的用于電機(jī)控制的微控制器，其特征在于，所述處理器、存儲單元、時鐘生成單元、數(shù)學(xué)協(xié)處理器與所述高速總線連接，所述可編程模擬放大器、電機(jī)控制單元、比較器單元以及所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過所述低速總線連接。9.如權(quán)利要求1所述的用于電機(jī)控制的微控制器，其特征在于，所述電機(jī)控制單元用于產(chǎn)生帶死區(qū)的6路PWM波。10.如權(quán)利要求9所述的用于電機(jī)控制的微控制器，其特征在于，所述比較器單元檢測所述電機(jī)的三相線圈反電動勢電壓的過零點(diǎn)來獲取6路PWM波換相的位置信息。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于電機(jī)控制的微控制器，其特征在于，包括：一處理器，一存儲單元、一時鐘生成單元、一數(shù)學(xué)協(xié)處理器、一可編程模擬放大器、一模數(shù)轉(zhuǎn)換器、電機(jī)控制單元、一比較器單元以及總線單元，該處理器、存儲單元、時鐘生成單元、數(shù)學(xué)協(xié)處理器、可編程模擬放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、電機(jī)控制單元以及該比較器單元均通過該總線單元連接。
【IPC分類】G05B19/042
【公開號】CN104898520
【申請?zhí)枴緾N201510268284
【發(fā)明人】楊維, 張文榮, 陸健, 王鵬, 王成, 徐學(xué)良
【申請人】上海晟矽微電子股份有限公司
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月22日