常用電機(jī)微控制器之比較

作者：浙江大學(xué) 徐錫勝 來(lái)源：《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》 摘要：在介紹幾種典型電機(jī)微控制器8xc196mc、tms320c240和admc311結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，著重對(duì)這些芯片如何實(shí)現(xiàn)pwm控制等交流電機(jī)控制系統(tǒng)所必需的性能進(jìn)行了分析比較，以便為交流感應(yīng)電機(jī)（acim）、步進(jìn)電機(jī)（sm）等電機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)字設(shè)計(jì)提供參考。 關(guān)鍵詞：dsp 微控制器 電機(jī)控制 pwm 電機(jī)控制是微控制器的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。近幾十年來(lái)，隨著微電子工藝水平的提高，電機(jī)微控制水平有了飛速的發(fā)展。世界上著名的集成電路芯片制造商紛紛推出各自的產(chǎn)品，使得電機(jī)微控制器種類不斷增多，功能日益增強(qiáng)。常見(jiàn)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。 對(duì)于現(xiàn)代高性能的電機(jī)控制系統(tǒng)而言，除了要有一個(gè)功能強(qiáng)大的計(jì)算內(nèi)核外，還需要一些附加的外部電路，如高分辨率的a/d變換器、多路輸入輸出i/o口等，尤其需要一個(gè)用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)逆變器功率開關(guān)元件的pwm信號(hào)的波形發(fā)生單元和定時(shí)器單元，這也是電機(jī)微控制器共同的重要特片。 1 基本結(jié)構(gòu) 1.1 8xc196mc的基本結(jié)構(gòu) 8xc196mc是intel公司專門為電機(jī)高速控制所設(shè)計(jì)的一種16位微控制器，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。它有1個(gè)c196內(nèi)核（寄存器-寄存器結(jié)構(gòu)），當(dāng)時(shí)鐘頻率為16mhz時(shí)，進(jìn)行1次16bit×16bit運(yùn)算需1.75μs；進(jìn)行1次32bit/16bit運(yùn)算需3μs；另外包括488字節(jié)的寄存器ram、64kb程序空間、中斷、7個(gè)i/o口共40條i/o口線，pts工作方式支持串行輸入、輸出（sio）功能；片內(nèi)外設(shè)有1個(gè)13通道的a/d轉(zhuǎn)換器，可工作在8位或10位模式，采樣保持時(shí)間、轉(zhuǎn)換時(shí)間、閥植檢測(cè)方式和零偏補(bǔ)償校正均可編程；2個(gè)16位定時(shí)器；1個(gè)事件處理器陣列（epa）有4路捕捉/比較模塊和獨(dú)立的4路比較模塊，它和定時(shí)器共同完成對(duì)事件監(jiān)測(cè)與控制，具有125ns的事件處理分辨能力；1個(gè)三相波形發(fā)生器（waveform generator簡(jiǎn)稱wg）和1個(gè)脈寬調(diào)制單元（pwm）。在運(yùn)行中可動(dòng)態(tài)選擇8位或者16位的總線寬芳，并能通過(guò)hold/hlda協(xié)議方便地實(shí)現(xiàn)多處理器通信。 8xc196md是8xc196mc的改進(jìn)型，引腳兼容且基本結(jié)構(gòu)相同，只是在其基礎(chǔ)上增加了如下功能； ①1路頻率發(fā)生器產(chǎn)生的頻率可編程的方波，適用于紅外遙控通信； ②在epa中，添加了2路捕捉/比較模塊和獨(dú)立的2路比較模塊； ③增加8個(gè)i/o引腳，2個(gè)數(shù)字輸入引腳及1個(gè)a/d輸入引腳。 1.2 tms320c240 dsp的基本結(jié)構(gòu) ti（德州儀器）公司于1997年推出的電機(jī)微控制tms320c240，是第1片專門為滿足復(fù)雜電機(jī)控制需求而設(shè)計(jì)的單片dsp控制器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于具有硬件乘法器及多總線結(jié)構(gòu)，tms320c240支持高速指令周期及單周期乘法，16位定點(diǎn)dsp內(nèi)核的計(jì)算速度達(dá)20 mips（1個(gè)指令周期50ns），片內(nèi)有544字的數(shù)據(jù)/程序ram和16k字的程序rom，外設(shè)包括1個(gè)專用于電機(jī)控制的事件管理器（可用于產(chǎn)生三相pwm信號(hào)和捕捉光電編碼器的脈沖信號(hào)）、2個(gè)8路10位a/d變換器、1個(gè)看門狗定時(shí)器、1個(gè)串行通信接口（spi）、1個(gè)串行外設(shè)接口（sci口）和4個(gè)8位共32路i/o口。 1.3 admc331的結(jié)構(gòu) admc3xx系列是美國(guó)adi（模擬器件）公司生產(chǎn)的單片dsp電機(jī)控制器。它們均以1個(gè)adsp-2171dsp為基礎(chǔ)內(nèi)核，配以電機(jī)控制所需要的外設(shè)單元組成，主要包括admc300、admc328、admc330、admc331和admc401。其中