常用电机微控制器之比较

作者：浙江大学 徐锡胜 来源：《单片机与嵌入式系统应用》 摘要：在介绍几种典型电机微控制器8xc196mc、tms320c240和admc311结构的基础上，着重对这些芯片如何实现pwm控制等交流电机控制系统所必需的性能进行了分析比较，以便为交流感应电机（acim）、步进电机（sm）等电机控制系统的数字设计提供参考。 关键词：dsp 微控制器 电机控制 pwm 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。 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