基于SPMC75F2413A單片機(jī)的直流變頻洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)方法介紹

本文主要介紹利用SPMC75F2413A單片機(jī)來(lái)開(kāi)發(fā)直流變頻洗衣機(jī)的原理和方法。

關(guān)鍵詞：直流變頻 凌陽(yáng)單片機(jī) 
 
1 引言
    洗衣機(jī)是一種在家庭中不可缺少的家用電器，發(fā)展非?？?，全自動(dòng)式洗衣機(jī)因使用方便得到大家的青睞，全自動(dòng)即進(jìn)水、洗滌、漂洗、甩干等一系列過(guò)程自動(dòng)完成，控制器通常設(shè)有幾種洗滌程序，對(duì)不同的衣物可供用戶選擇。變頻控制依其高性能、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)在洗衣機(jī)的控制中得到廣泛應(yīng)用，下面介紹采用凌陽(yáng)科技公司的SPMC75F2413A和SPCE061A單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)的直流變頻洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)。

2 芯片特性簡(jiǎn)介
    SPMC75F2413A是凌陽(yáng)科技公司開(kāi)發(fā)的用于變頻驅(qū)動(dòng)的嵌入式16位微控制器，適用于變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、電源、家電和車(chē)內(nèi)風(fēng)扇控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。
特性包括：
◆ 凌陽(yáng)16位u’nSP處理器(ISA 1.2)
◆ 工作電壓：4.5V～5.5V
◆ 最高運(yùn)行速度：24MHz
◆ 工作溫度： -40 ℃～85 ℃
◆ 芯片內(nèi)存儲(chǔ)器：
   32KW (32K×16) Flash
   2KW (2K×16) SRAM
◆ 基于時(shí)鐘發(fā)生模塊的鎖相環(huán)電路
◆ 看門(mén)狗定時(shí)器
◆ 10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器
   8通道輸入
   10us (100kHz)轉(zhuǎn)換時(shí)間
◆ 串行通訊接口
   通用異步串行通訊接口(UART)
   標(biāo)準(zhǔn)外圍接口(SPI)
◆ 64（QFP80）/53（QFP64、SDIP64）個(gè)通用輸入輸出管腳
◆ 電源管理
   2種低功耗模式：Wait/Standby
   每個(gè)外設(shè)都可以獨(dú)立的供電
◆ 兩個(gè)比較匹配定時(shí)器
◆ 5個(gè)16位通用定時(shí)器
   2個(gè)用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的脈寬調(diào)制輸出(互補(bǔ)的3相6路脈寬調(diào)制輸出) 
   2個(gè)用于速度捕獲
   1個(gè)用于速度反饋環(huán)
◆ 中心(center)或邊沿(edge)脈寬調(diào)制輸出
◆ 通過(guò)外部錯(cuò)誤保護(hù)管腳進(jìn)行脈寬調(diào)制輸出保護(hù)
◆ 可編程的死區(qū)控制(Dead time control)
◆ 脈寬調(diào)制服務(wù)和錯(cuò)誤中斷發(fā)生
◆ 具備驅(qū)動(dòng)交流感應(yīng)電機(jī)和直流無(wú)刷電機(jī)的能力
◆ 內(nèi)嵌在線仿真功能（ICE）

3 系統(tǒng)總體方案介紹
    整個(gè)系統(tǒng)主要由兩部分組成：由SPMC75F2413A控制的DMC控制板和由SPCE061A控制的PANEL板，兩者之間的連接系統(tǒng)方塊圖如圖3-1所示。

圖3-1   變頻洗衣機(jī)系統(tǒng)組成框圖

    PANEL控制器采用16 位SPCE061A控制器，主要完成的功能有：按鍵掃瞄、狀態(tài)顯示與通訊。洗衣機(jī)的控制通過(guò)按鍵輸入來(lái)選擇操作模式，并可設(shè)定選擇水量、預(yù)約時(shí)間，詳細(xì)設(shè)定洗衣、洗凈及脫水的參數(shù)；電源按鍵鈕為起始與驅(qū)動(dòng)控制電路板的連接，起動(dòng)或暫停鍵為運(yùn)轉(zhuǎn)洗衣機(jī)或暫停。運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的剩余時(shí)間透過(guò)7 段顯示器來(lái)顯示。
    DMC 控制器采用16 位SPMC75F2413A 單芯片控制器，主要完成的功能有：偵測(cè)馬達(dá)轉(zhuǎn)子的位置訊號(hào)，以120 度方波驅(qū)動(dòng)PWM 方式驅(qū)動(dòng)直流無(wú)刷馬達(dá)。

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)控制包括DMC控制板和PANEL控制板兩部分，下面主要介紹DMC控制板硬件設(shè)計(jì)。
4.1 電源電路
    圖4-1為EMI 電源濾波器與單相全橋整流器電路，AC 電源輸入接頭為CON1，電壓為220VAC，電源輸入端通過(guò)突波吸收器ZNR3以避免過(guò)大的電壓突波損壞器件，C8 與C12 串聯(lián)后連接至接地點(diǎn)，通常也可以連接至機(jī)殼。透過(guò)全橋整流器DB1整流、C13 濾波后可得到輸出直流電壓。

圖4-1  EMI 電源濾波器

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  圖4-2為DC/DC電源供應(yīng)電路，電源供應(yīng)器的輸出側(cè)電源為P+18V 與+12V。P+18V 電源輸出后分別透過(guò)IC21與IC22 產(chǎn)生P+15V 與P+5V，以供給IPM 功率模塊的工作電壓。而+12V 經(jīng)線性穩(wěn)壓器IC20產(chǎn)生+5V 電源供給SPMC75F2413A 等數(shù)字電路的工作電壓。

 
圖4-2   DC/DC電源供應(yīng)電路

4.2 MCU控制電路
    圖4-3為MCU控制電路，此部分的電路主要是以u(píng)’nSP  SPMC75F2413A 微控制器為主，CON5連接在線調(diào)試、仿真器ICE。

圖4-3  MCU控制電路

4.3 IPM馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路
    圖4-4為IPM馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路，因?yàn)轵?qū)動(dòng)的馬達(dá)為三相變頻，因此一般來(lái)說(shuō)微控制器需具備能夠輸出6 個(gè)PWM 訊號(hào)的能力，SPMC75F2413A 在芯片硬件上可由MCP 與PDC 定時(shí)器模塊完成此功能。IPM 模塊內(nèi)集成了驅(qū)動(dòng)回路與過(guò)電流檢測(cè)電路，MCU 的PWM 輸出訊號(hào)通過(guò)光耦送到IPM 模塊，但在實(shí)際應(yīng)用上需考慮到對(duì)MCU 的保護(hù)以及與快速地對(duì)IPM 模塊產(chǎn)生高阻抗訊號(hào)，光耦的正常驅(qū)動(dòng)，因此在電路中加入了IC12 的緩沖電路；過(guò)電流回饋訊號(hào)經(jīng)光耦合器后連接到FTINx 的輸入腳，以求能夠?qū)PM 模塊快速地保護(hù)。D5、D6、D7、C37、C40 與C43 產(chǎn)生組成自舉電路提供IPM上臂開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

圖4-4  IPM馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路