基于PSoC3芯片的无位置传感器BLDC电机控制
来源： 作者： 发布时间：2016-07-05 19:23:57 浏览量：PSoC3 芯片介绍
PSoC 是世界独一无二的可编程嵌入式片上系统。它是在一片芯片上集成了可编程模拟和数字外设功能、内存和一个微控制器。赛普拉斯的可扩展PSoC 平台可根据设计需要进行调整，因此不必频繁地更改设计来适应不同的微控制器体系架构。
PSoC1是第一代PSoC芯片，它的特点是借助经过成本优化的8位M8C CPU子系统，获得优异性能、可编程性和灵活性。易用的设计软件无需编写很多代码或根本不需要编写代码，从而缩短了创建嵌入式塑封电感解决方案的时间。
PSoC3在PSoC1的基础上，赛普拉斯新村田电感推出地一款新架构，高集成化芯片。它增加了新设计的高精度、可编程模拟模块，单循环、通道式8位8051内核和可配置的高性能数字系统。由于具有一个高性能8位8051RISC内核（提供高达67MHz和33MIPS），PSoC3体系架构可以比标准8051运行速度快10倍之多。同时，片内还配置了直接内存访问接口（DMA），加速了数据在片内不同外设/内存之间的传输，减少了CPU的开销。
CY8C3866AXI-040 是PSoC3 芯片家族中的一员，它的系统架构如图5所示：
图5 CY8C3866AXI-040的系统架构
图的左边部分为系统资源，包括CPU，DMA, 中断控制器，内存，电源管理器，内置的I2C/USB等通讯模块以及调试接口。中间部分为片上数字系统和模拟系统。数字系统包括24个可编程的通用数字模块（UDB）和固化的计数器，PWM发生器等。而模拟系统包括ADC模块，DAC模块，比较器，运算放大器以及通用的可编程模拟模块。右边部分为IO 的端口。IO口可以通过接口连接到任意的数字/模块单元上。
在本设计中，重点用到的模块包括：比较器，UDB模块，DAC模块等。
电机反电势过零点的监测
利用CY8C3866AXI-040的片上资源，无刷电机的过零点监测无需借助任何外部芯片。监测的原理前面阐述过，即在PWM 输出信号为OFF时采样非通电相电压，将之与母线电压的一半比较。 此方案中PWM调制模式为对上侧开关管进行PWM调制，对下侧桥臂采取恒通的方式进行驱动。电机为24V，30W的低压无刷电机。
图6为检测反电势过零所配置的片内资源框图：
图6 反电势过零点检测框图
A、B、C代表三相端电压输入。Half Vbus 为半母线电压。 片内的模拟信号选择器（Analog Mux）会根据换相状态动态的切换所要采样的非通电相。片内的比较器具有时钟同步触发的功能。该功能使得比较器可以在时钟信号的上升沿采用输入端信号并作比较操作。该设计中的时钟信号来自于数字模块中的PWM模块的输出。 这样，比较器可以在PWM为高电平的时刻将端电压与半母线电压作比较。比较器的翻转时刻即是反电势过零点。而比较器的输出翻转时，可以触发中断，通知CPU作相应的处理。 此实现方法原理简单，无需外部多路选择器/锁存器/比较器。
另外，片上的比较器还具有滞回比较的功能。即比较器输出器自上而下翻转与自上而下翻转的电压并不完全一致，而是有一个10mV左右的滞回电压。此功能可以避免比较器输出受毛刺影响而被误触发，特别适用于夹带许多噪音的反电势信号过零检测应用。 图7就是实验波形： 黄色波形为一相的端电压波形，绿色部分为比较器输出的方波波形。
图7 反电势过零点检测实验波形
图8一体成型电感器为反电势监测部分的在电感生产PSoC Creator IDE中的原理图设计。PSoC Creator 是赛普拉斯半导体为PSoC3 芯片打造的开发环境。 PSoC Creator 提供了原理图开发界面，用户可以将片上的模块以原理图的方式进行互联。
图8 Creator中反电势过零点检测的原理图设计
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