近年来，科技进步引领微操控器 (MCU) 的运用快速增长，并广泛运用于洗衣机、空调及其他家电。而现代电机操控算法，则能够让这些产品从中获益，完结高效安静运转。MCU 还能运用于物联网运用的机对机通讯以及整机操控中。总的来说，制造商能够出产更高效、运转噪音更小的电器，而且在进步功用安全的一起坚持高性价比。
开发现代电器时，需求一起操控多个电机对工程师来说会是一大应战。工程师不只要处理更高的杂乱性，还有必要确保任何情况下的安全运转，包括设备毛病时的安全。
如图 1 的空调体系所示，需求操控多个电机，包括一个压缩机、数个室内单元电扇及数个室外单元电扇。一切电机有必要高效、低噪音地运转，能够精确地侦测过流、过热、机械损坏等问题，以确保毛病时也能安全运转。
图1: 空调体系配有多个电机，包括一个压缩机、数个室内单元电机及数个室外单元电机。
优化功用
图2所示为现代电机操控中常用于永磁同步电动机 (PMSM) 的向量操控和磁场定向操控 (FOC) 算法。左面的浅蓝色模块表明软件内履行的功用，包括坐标改换(Clarke、Park 及其逆变量)和 PID(份额、积分、微分)操控器等。
“内部硬件”由专用的微操控器外设组成，这让软件模块能够有用地履行。其间模仿数字转换器(ADC) 用于丈量与脉冲宽度调制 (PWM) 同步的电机绕组的电流，并馈送回操控算法。操控算法的输出有必要传达至逆变器中的功率开关器。逆变器则运用 PWM 操控技能来驱动电机，包括用于应对功率晶体管有限开关速度的死区时刻刺进。
图2: 用于沟通空调电机操控的逆变器算法，分为软件、内部及外部硬件三大模块
内部硬件中的多功用计时器 (MFT) 不光可认为每一个输出信号 (u、v、w) 及其互补信号 (u-、v-、w-) 发生根本 PWM 脉冲，包括死区时刻。这些信号是用于驱动输出桥的凹凸侧开关。在这个示例中，选用内部正交方位和分辨率计数器(QPRC) 外设以获取转子方位信息。磁场定向操控(FOC) 算法履行所需的转子信息可经过工业环境中 PMSM 电机上装置的光学或磁性编码器获取，如伺服驱动器。在家用电器或其他运用中，该模块一般运用“无传感”操控办法实施。无传感操控经过电机数学模型核算转子间隔已丈量电机电流的方位，而不是丈量转子的方位。
当一个微操控器操控多个电机时，进行高效、实时的密布核算需求一个杂乱的软件架构。而这种软件架构开发难度高、调试耗时大、而且难以测验电机功用是否到达要求的质量和安全水平。多功用计时器和转速表此类集成外设能够经过削减 MCU 的核算量来简化多电机操控。此外，可运用软件库帮忙外设进一步简化规划，并缩短上市时刻。
运用多个 多功用计时器 能够完结微操控器向多个电机输出信号。例如，赛普拉斯 S6E2H 高功用 FM4 系列 MCU 集成了 3 个 多功用计时器，令多达 18 个 PWM 通道(例如，9 对互补信号)能够操控三相电机。每个多功用计时器单元包括 3 个通道的自在运转计时器、6 个输出比较单元、4 个输入捕获单元、数个 ADC触发器单元以及 1 个波形发生器 (WFG) 。别的，多功用计时器 支撑紧迫停机和噪音消除器。
仅需几个进程，多功用计时器就能够发生一个 PWM 波形。自在运转计时器可认为 PWM 信号供给时刻基准，并确认 PWN 的分辨率和频率。输出比较单元 (OCU) 能为每个输出相位确认占空比信号 RT1、3、5(留意：图3 显现的示例装备仅运用 3 个输出比较单元。)信号发生器宣布相应的互补信号 RTO0-RTO5，包括从 RT 信号主动刺进死区时刻，现在能够操控 FET 此类功率管或 IGBT 功率管。信号发生器也能够处理此类问题，如毛病引起的过流。PWM 则能够当即关机。这不需求软件参加，也不要发动毛病安全运转。
波形发生器的噪音消除器能够侦测有用的过流事情，也就是说，不会触发时间短的尖峰噪声。就过流事情而言，波形发生器将 MCU 输出管脚从 RTO0-RTO5 切换回他们的正常通用输入\输出 (GPIO) 功用。这让初始化时相应寄存器的预编程能够界说毛病安全状况(例如，高输出、低输出或高阻)。除了硬件 PWM 关机，还会答应中止，以在运用层面上进一步处理毛病问题。
图3: 运用多功用计时器发生 PWM 波形
QPRC 在运用正交编码器的电机操控体系中起着重要的效果。它有三个输入通道 – AIN、BIN 和 ZIN，用于输入两个正交信号和一个可选的零指数信号。经过这些信号，QPRC 能够侦测转子方位和滚动方向。别的有一个分辨率计数器会在每次滚动后增速或减速。这样，转子滚动屡次后也能核算出转子的肯定方位。这对线性驱动器、变速箱和其他定位运用都十分有用。
多电机规划
图4显现根据赛普拉斯 S6E2H 高功用 FM4 系列 MCU 规划的现代空调体系 – 体系框图。室外单元包括一个压缩机和一个电扇，均运用上述的磁场定向操控(FOC)算法以完结效能最大化。别的，丈量室外温度等各种数据的感应器和 MCU 相衔接。室外和室内单元的衔接也能够运用简略的串行协议，例如 UART 或许 SPI。
室内单元需求操控一个或多个电扇/吹风机，也能够运用磁场定向操控算法，确保运转高效而安静。还有几个感应器用于丈量室温、湿度及其他参数。除了衔接室外单元，室内单元还要与空调整合到建筑物办理体系 (BEMS)，统筹供热通风与空气调节(Heating, Ventilation, Air Conditioning，HVAC)。此进程经过 CAN 接口可完结。
多电机工业和家庭运用的操控体系
室内和室外单元都供给需求的功用和效能。赛普拉斯 S6E2H FM4 微操控器是此类运用的抱负挑选，将高功用电机操控、CAN 等通讯接口以及足够的用于额定监测和操控功用的资源集成为一体的低成本解决方案。
图4: 现代空调体系的多电机操控体系框图
