1. 导言
Cypress在2013年推出了可编程片上体系PSoC（Programmable System on Chip）宗族的最新产品PSoC4，选用ARM Cortex-M0作为处理中心。PSoC4彻底承继了PSoC芯片宗族自身的高度可编程的灵活性，并交融了Cortex-M0高性价比的处理器核架构，使得PSoC4系列产品成为一个具有高度可扩展性的处理器渠道，在性价比、功耗等方面优势明显。更值得一提的是，PSoC4针对电机操控供给了完好和极具特征的片内资源，因而工程师在PSoC4上开发电机操控体系时将愈加直观与便利。
PSoC4产品系列现在推出的是CY8C4100和CY8C4200两个入门级产品系列。本文即以CY8C4200为例，介绍如安在PSoC4上开发有传感器的三相无刷直流电机操控体系。
2. PSoC4架构及与电机操控相关的片内资源简介
PSoC 4是依据ARM Cortex-M0 CPU（处理器）的可编程嵌入式体系操控器宗族，为嵌入式使用供给了强壮的可编程渠道。它调集了可编程模仿资源、可编程内部互联、用户可编程数字逻辑、通用的固定功用外规划以及高功能的ARM Cortex-M0 CPU子体系。
图1是PSoC4的体系框图。限于篇幅，本文将首要归纳与无刷直流电机操控相关的片内资源特性，详细内容能够参阅Cypress网站上的PSoC4的数据手册。
●高达48MHz，43 DMIPS 的32位Cortex-M0 CPU，支撑单周期乘法
●多达32 KB Flash及4KB SRAM内存
●四个独立的可支撑中心对齐的TCPWM，支撑互补的可编程死区及同步ADC操作
●两个支撑比较器方式及SAR ADC输入缓冲功用的运算扩大器
●两个电流数模转换器（IDAC），能够输出给内部模块，或经过GPIO输出到外部成为可定制的用户电流源。
●四个可编程数字逻辑模块(UDB)
●一个支撑零开支通道切换功用的12位1 Msps ADC
●CapSense驱动
图1： PSoC4芯片体系框图
PSoC4在开发环境方面与PSoC宗族的上一代产品保持一致，依然为PSoC Creator，接连了将片内资源笼统为模块化Component的开发办法，操控体系架构明晰详细，简略便利。用户能够更多重视产品的功用开发，而较少的留意芯片的硬件结构细节。
3. 有传感器无刷直流电机操控原理及首要商用操控计划剖析
① 无刷直流电机操控原理
无刷直流(Brushless Direct Current, BLDC)电机正在轿车、家电、工业主动化、航空航天及医疗设备范畴取得广泛的使用，并将持续逐渐替代有刷电机。因为选用电子换相，BLDC电机具有更长的寿数和更小的工作噪音。此外，跟着软磁资料技能的进一步进步和价格的不断下降，BLDC电机将更多的选用高功能的钕铁硼稀土资料制造永磁转子，其较高的磁能积和安稳的特性使BLDC电机具有更好的机械特性和动态呼应，更高的功率和转速规模。因而，在环境和功能要求比较严苛的中高端使用中，BLDC电机将取得进一步的推行。
从电机结构原理上来说，BLDC电机定子和转子磁场具有相同的频率和转速，因而是同步电机的一种。定子绕组可绕制成单相、两相和三相，其间三相BLDC电机因输出功率大、转矩脉动小和功率高使用最广泛。本文的研讨目标也将放在三相BLDC电机的操控体系上。
三相BLDC电机选用两相次序通电方式发生旋转磁场，定子各相绕组的导通与否由转子方位仅有确认，以确保转子能够一直输出最大转矩。因为取消了主动换向的机械电刷，因而需求实时检测转子的空间方位，霍尔效应传感器因其较高的性价比和装置便利被广泛选用。关于两相导通的三相BLDC电机来说，每个电周期分红6个不同的通电区间，因而需求三个霍尔传感器来进行分区。图2为典型的霍尔传感器输出信号与相应的导通相之间的联系图，霍尔传感器的每一个改动都要求导通相的实时改动，电机即依照既定的逻辑接连次序运转。
图2：霍尔传感器信号与相绕组导通联系图
② 无刷直流电机首要商用操控计划剖析
现在各大干流半导体厂商均推出了各自的有传感器BLDC电机操控计划，技能相似，也比较老练。归纳说来，将三路霍尔传感器的输出接到MCU的输入引脚上，每一路电平的改动将会触发中止，在中止服务程序中依据图2的逻辑来查表改动相应的导通相，到达换向的意图。
图3为市场上的干流商用计划示意图，经过简略的剖析咱们能够发现MCU经过中止服务程序来进行换相，在对电机电流的监控上，电流信号由外部采样及运放电路送入ADC后由软件程序来比较判别是否过流并关断PWM输出，维护电机及电路体系。
图3：BLDC电机干流商用计划示意图
总的说来，与永磁同步电机和步进电机比较，BLDC电机的操控较为简略。参半导体厂商的解决计划结构大体相似，技能也日趋同质化。经过进一步的剖析能够发现，电机的换相和电流的监控都在软件中完结，可是电流的扩大与处理需求外部的运放电路，速度慢，本钱较高且不牢靠。此外，对霍尔传感器失效的硬件检测缺少实时有用的手法，影响电机的安全运转。
4.依据PSoC4的无刷直流电机操控架构及优势剖析
PSoC4选用的ARM Cortex-M0高功能处理中心不只能够快速完结电机的闭环速度调理和其它相应的操控运算，其内部集成的可编程UDB能够将图2所示的换相逻辑以CPLD的方式固化在芯片中，完成更快速牢靠的硬件换相，无须软件干与；此外，UDB更能够直接检测霍尔信号的失效状况，并当即关断PWM输出，敏捷维护电机。
