导言
在直流无刷电机(BLDC)操控体系中，对电机转速的丈量是一项重要且要害的问题。现在存在多种测速手法：运用编码器测速、运用霍尔(HALL)信号测速、运用电机反向电动势测速等等。其间，运用编码器测速办法的长处能够到达高分辨率的要求，但需添加本钱和体积;运用电机反向电动势测速的长处是无需供给额定硬件接口，缺陷是测速软件算法杂乱。本文介绍了一种运用HALL信号、根据TMS570处理器NHET功用的BLDC测速软件规划计划，此计划可完结速度丈量精度和软硬件杂乱程度之间的平衡，一起在软件规划过程中选用进步牢靠性的算法确保速度丈量的牢靠和精确。
1 TMS570处理器及NHET功用简介
TMS570系列处理器是TI公司推出的一种面向高功用交通运输范畴的安全MCU，该系列MCU根据ARMCortex—R4F内核架构，具有较高的功用并满意IEC61508SIL-3的安全要求，首要运用于汽车工业，如刹车防抱死体系(ABS)、电助力转向(EPS)、HEV/EV逆变器体系。
TMS570系列处理器集成了第4代高端定时器(NHET)，NHET运用高分辨率硬件通道并供给针对实时环境下的精确周期、脉冲丈量功用、输出比较功用、PWM功用。NHET选用独立的指令结构和“时序抉择循环”机制使时刻分辨率到达ns等级，彻底满意各种高精度时刻丈量运用需求，其内部集成可编程的按捺滤波器，确保丈量数据的牢靠性要求。
2 BLDC测速硬件接口规划
测速硬件结构示意图如图1所示。BLDC硬件测速接口规划较为简略，将HALL信号进行数字阻隔后，直接接入TMS570的NHET引脚即可，将3个HALL信号一起引进NHET进行测速是一种硬件冗余规划，其意图是进步BLDC速度丈量的牢靠性，避免因为单通道HALL输入信号失效导致整个测速功用无法完结的状况发生。
HALL信号输入选用DC 12 V电平，经数字阻隔后输出DC 3.3 V电平，直接作为MCU输入。当BLDC滚动时，HALL信号的时序与相位联系如图2所示。
由图2可知：BLDC转速可经过丈量单个HALL信号的频率核算得出，BLDC转速(RPM，转/分钟)与HALL信号频率(fFO，Hz)、BLDC磁极对数(Poles)之间的联系式为：
3 NHET测速软件规划
NHET测速软件的中心测速代码选用独立的指令结构和时序抉择机制完结，NHET选用精简指令集(RISC)结构，包含22条指令，运用NHET汇编器将指令代码生成C言语结构的代码，需在运转之前由运用程序拷贝到NHET RAM中，NHET汇编器一起生成.h文件，由运用程序对丈量数据进行拜访，时序机制如图3所示。
NHET时钟由VCLK2驱动，每个VCLK2周期称为一个“时隙”(Time slot)，将VCLK2进行高分辨率分频(High Res.clock)和循环分频(Loop Res.clock)后得到高分频时钟、循环分频时钟，这两个时钟的周期为：
在此程序循环中包含1～N条NHET指令。因为不同的指令代码履行时刻不同，在规划时应留意程序循环内一切代码履行时刻的和不能超过一个循环分频时钟周期。由上文所述，运用BLDC的霍尔信号丈量转速，即丈量霍尔信号的周期，运用NHET指令会集的PCNT指令完结，PCNT指令捕捉NHET输入引脚信号的边缘并运用高分辨率时钟进行周期计数，将周期时刻数据存储在内部寄存器中供运用程序读取，以PCNT指令捕获输入脉冲信号时刻为例，指令履行逻辑及时序如图4所示。
图4中①～③意义如下：
①当检测到输入引脚的上升沿后，HR计数器开端由零进行加计数，当计数器满后，向指令数据区加1，并从0重新开端计数;
②当检测到输入引脚的下降沿后，将HR计数器内的数据存入捕获寄存器(HR capt.reg);
③PCNT指令在同步输入信号(Input pin sync’d)由低变高后开端履行，在该信号由高变低后，得到数据区数据(lr_data)和捕获寄存器内的数据(hr_data)之和即为脉冲时刻。
HALL信号的周期为HALL输入信号的上升沿到下降沿或下降沿到上升沿的时刻，编写PCNT指令参数如下：
其间每一条指令对应一个通道的HALL输入信号，当指定引脚(pin)丈量到一个完好的HALL周期后，发生一个NHET指令中止(irq=ON)，信号触发的类型(type)包含上升沿到上升沿(RISE2 RISE)和下降沿到下降沿(FALL2FALL)两种，运用不同的信号触发类型丈量HALL信号周期的意图是经过简略的软件代码异构确保丈量成果的牢靠性。
当VCLK2时钟为70 MHz时，选取高分频为7，循环分频为8，可得
为避免HALL信号因外界搅扰发生的丈量成果差错，除了运用NHET本身带有的硬件按捺滤波器外，在软件的规划过程中也应参加恰当的滤波处理，确保丈量成果的精确、牢靠，运用一个系数为0.75的单极性I2R低通滤波器的C言语代码如下：
new_speed=((old_speed*3U)+new_speed)>>2U;
//新测得的速度占丈量成果的1/4
为进步测速软件的牢靠性，软件选用结构容错的规划思路进行规划，因为测速硬件选用3通道冗余收集HALL输入信号，软件选用N版别程序规划计划。N版别程序规划是指关于一个给定的功用，由N(N>2)个不同的规划组独立编制出N个不同的程序，然后经过运转N个不同的程序得出成果并进行比较，输出正确的数据。根据TMS570 NHET功用测速软件N版别程序规划根本结构如图5所示。
结语
本文提出了一种根据TMS570系列处理器NHET功用的直流无刷电机测速软件规划计划，其间包含NHET测速原理介绍和代码完结、对丈量成果的软件滤波算法规划、根据N版别软件容错规划办法进步软件牢靠性。该测速计划已运用在选用TMS570LS20216处理器的自动门操控单元硬件之上，实践测验和运用的成果表明该计划切实可行。
