原标题：Freescale MCF51AG128三相BLDC马达控制设计方案

　　MCF51AG128是ColdFire系列32位可变长度精简指令集(RISC)微控制器。本文介绍了MCF51AG128系列MCU，重点介绍了高度集成且多样化的特性集。

　　MCF51AG128衍生品是低成本、低功耗、高性能32位ColdFire V1微控制器单元(MCU)，专为工业和电器应用设计。它提升了基于MC9S08AC128系列8位微控制器的设计。

　　MCF51AG128主要特性

　　32位V1 ColdFire中央处理器单元(CPU)

　　工作电压为2.7V至5.5V、频率高达50.33MHz的ColdFire CPU

　　从内部RAM运行时，实现了0.94Dhrystone2.1 DMIPS/MHz的性能(从闪存运行时，实现了0.76DMIPS/MHz的性能)

　　实现了Coldfire指令集修订版C(ISA_C)

　　片上存储器

　　在整个工作电压和温度范围内实现了高达128KB的闪存读取/编程/擦除

　　16KB随机存取存储器(RAM)

　　安全电路，能够防止未授权访问RAM和闪存内容

　　节能模式

　　3种超低功耗停止模式和降低功率等待模式

　　外设时钟使能寄存器可将时钟禁用到未使用的模块上，从而降低了电流

　　系统保护

　　高级独立时钟看门狗(WDOG)，具有多种特性，例如稳定的刷新机制、窗口模式、高粒化超时和快速超时测试，并且常常强制复位

　　其它外部看门狗监控器(EWM)，有助于复位外部电路

　　低压检测，具有复位或中断功能

　　独立低压报警，具有可选跳变点

　　非法操作码和非法地址检测，具有复位功能

　　各个阵列的闪存模块保护，能够防止意外写入/擦除

　　硬件CRC模块，支持快速循环冗余校验

　　调试支持

　　单线式后台调试接口

　　实时调试支持，具有6个硬件断点(4个PC、1个地址对和1个数据)，可以配置成1或2级触发器

　　片上跟踪缓冲器提供了可编程启动/停止记录条件

　　支持利用调试可视化总线进行实时程序(和可选部分数据)跟踪

　　DMA控制器

　　4个独立可编程DMA通道为直接在系统存储器和I/O外设之间传输数据提供了方法

　　DMA使能外设包括IIC、SCI、SPI、FTM、HSCMP、ADC、RTC和eGPIO，来自于这些外设的DMA请求可以配置成DMA源或iEvent输入

　　CF1_INTC

　　支持44个外设I/O中断请求和7个软件(1个/级)中断请求

　　中断请求源、等级和优先级之间的固定联系，最多2个请求可以重映射到最高的可屏蔽等级和优先级

　　各个中断源都有唯一的矢量编号

　　支持服务例程中断确认(软件IACK)读周期，提升了系统性能

　　能够屏蔽任何单个或所有中断源

　　系统时钟源

　　振荡器(XOSC)——环路控制皮尔斯振荡器;晶体或陶瓷谐振器的频率范围：31.25kHz~38.4kHz或1MHz~16MHz

　　内部时钟源(ICS)——锁频环(FLL)由内部或外部参考控制;可调内部参考实现了0.2%的分辨率和2%的偏差(1%@0~70℃)

　　外设

　　ADC 24个分辨率为12位的模拟输入;采用12、10或8位右对齐格式的输出;单次或连续转换(单次转换后，自动回到空闲状态);转换完成时的中断或DMA请求;在低功耗模式下运行，实现了噪声更低的操作;异步时钟源，实现了噪声更低的操作;可以从RTC、PDB或iEvent中选择异步硬件转换触发器;乒乓模式期间基于硬件触发器的双采样;片上温度传感器

　　PDB 16位分辨率，带有预定标器;7个触发事件输入;触发事件信号的正跳变启动计数器;支持连续触发或单次、旁路模式;同时支持2个触发延迟输出或Ored;脉冲输出可用于HSCMP加窗信号

　　iEvent用户可编程组合布尔输出，将4条所选iEvent输入通道用作中断请求、DMA传输请求或硬件触发器

　　FTM 2个6通道灵活定时器/PWM模块，具有DMA请求选项;各个互补通道对都具有死区时间插入功能;通道与对等的输出一起成对运行，具有互补输出或独立通道(具有独立输出);16位自由运行计数器;可以同步加载具有写缓冲器的FTM寄存器;关键寄存器的写保护;与TPM后向兼容

　　TPM 16位自由运行或模数增/减计数操作;2条通道，每条通道都可以是输入采集、输出比较或边沿对齐PWM;每条通道1个中断 + 终端计数中断

　　CRC 高速硬件CRC发生器电路，采用16位移位寄存器;CRC16-CCITT符合x16+x12+x5+1多项式;所有单、双、奇数和大多数多位误差的误差检测;可编程初始晶粒值

　　HSCMP 2个模拟比较器，比较器输出的上升沿、下降沿或任意一个边沿上具有可选中断;比较器的正和负输入均来自于4:1多路复用器;可编程电压参考来自于2个内部DAC;支持DMA传输

　　I2C与I2C总线标准和SMBus V2特性兼容;100kbps@最高总线负载;多主操作;可以针对64个差分串行时钟频率之一对软件进行编程;可编程从地址和消抖输入滤波器;中断驱动逐字节数据传输;仲裁丢失中断和自动模式切换;调用地址识别中断;总线繁忙检测;广播和10位地址扩展;MCU处于Stop3模式时，地址匹配会导致唤醒;DMA支持

　　SCI 2个串行通信接口模块，具有可选13位中断;全双工、标准不归零(NRZ)格式;双缓冲发射器和接收器，具有独立使能;13位波特率选择，具有/32分数除法;中断驱动或轮询操作;硬件奇偶发生与校验;可编程8位或9位字长;接收器被空闲线路或地址符号唤醒;接收器的地址匹配特性降低了地址符号唤醒ISR开销;1/16位时间噪声检测;用于发射与接收的DMA传输

　　SPI 2个串行外设接口，具有全双工或单线式双向选项;双缓冲发射器与接收器;主或从模式操作;可选MSB优先或LSB优先移位;8位或16位数据模式;可编程发射比特率;接收数据缓冲器硬件匹配特性;用于发射与接收的DMA传输

　　输入/输出

　　69个GPIO和1个仅输入引脚

　　中断或DMA请求，所有输入引脚上的极性均可选

　　所有输入引脚上均具有可编程消抖滤波器、迟滞和可配置上拉/下拉器件

　　所有输出引脚上的转换速率和驱动力均可配置

　　独立引脚数值寄存器，能够读取数字引脚上的逻辑电平

　　16个快速通用I/O(RGPIO)引脚，连至处理器的本地32位平台总线，具有设置、清空和高速切换功能

　　图1 MCF51AG128系列MCU框图

　　BLDC马达没有换向器，因此比DC马达更可靠。BLDC马达还优于AC感应马达。因为它利用转子磁铁产生转子磁通量而实现了更高的效率，所以BLDC马达被应用到了高端白家电(例如冰箱、洗衣机、洗碗机)、高端泵、风扇和其它需要高可靠性与效率的应用之中。

　　图2 采用MCF51AG128无传感器三相BLDC马达演示板外形图

　　马达控制系统设计用于驱动组合速度/转矩闭环内的三相无刷DC马达(BLDC马达)。应用满足下列性能规范：

　　通过反EMF过零感应实现无传感器无刷DC马达控制

　　面向MCF51AGx平台

　　在低压(24V)三相马达控制驱动板上运行

　　控制技术：

　　利用组合速度/转矩闭环实现无传感器控制

　　利用ADC实现过零感应

　　沿2个方向旋转

　　全四象限操作

　　通过马达对齐从任何马达位置启动

　　手动接口(方向切换、上/下按钮控制)

　　免费MASTER软件控制接口(马达运行/停止、速度/转矩设置)

　　免费MASTER软件远程监控器

　　MCU初始化由器件初始化工具完成(Processor Expert的一部分)

　　图3 三相BLDC/PMSM低压马达驱动板框图

　　图4 软件主流程图