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无刷电机及其控制方案MCU讲解一、电机（马达）分类1.DC电机2.AC电机有刷电机是传统产品，在性能上比较稳定，缺点是换向器和电刷接触，使用寿命很短需要定期维护及更新。
相比之下，无刷DC电机由电机主体和驱动器组成，以自控式方式运行，无论是电机使用寿命、还是性能效率方面，都比有刷电机要好。
从电流驱动角度来看，无刷直流电机可分为正弦波驱动和方波驱动。
通常，以方波驱动的电机称为无刷直流电机（BLDC），正弦波驱动的电机则为永磁同步电机（PMSM）。
无刷直流电机，跟永磁同步电机，基本结构相似，主要区别在于控制器电流的驱动方式不同。
二、无刷直流电机（BLDC）讲解BLDC电机中的“BL”意为“无刷”，就是DC电机（有刷电机）中的“电刷”没有了。
电刷在DC电机（有刷电机）里扮演的角色是通过换向器向转子里的线圈通电。
那么没有电刷的BLDC电机是如何向转子里的线圈通电的呢？原来BLDC电动机电机采用永磁体来做转子，转子里是没有线圈的。
由于转子里没有线圈，所以不需要用于通电的换向器和电刷。
取而代之的是作为定子的线圈。
BLDC电机的运转示意图。
BLDC电机将永磁体作为转子。
由于无需向转子通电，因此不需要电刷和换向器。
从外部对通向线圈的电进行控制。
DC电机（有刷电机）中被固定的永磁体所制造出的磁场是不会动的，通过控制线圈（转子）在其内部产生的磁场来旋转。
要通过改变电压来改变旋转数。
BLDC电机的转子是永磁体，通过改变周围的线圈所产生的磁场的方向使转子旋转。
通过控制通向线圈的电流方向和大小来控制转子的旋转。
三、无刷直流电机（BLDC）优势直流电机都可以设计成有刷、或者是无刷电机，但无刷直流电机（BLDC）通常是大多数应用的首选。
不像同步电机那样，无刷电机不需要另外加载启动绕组，同时也不会出现负载突变时产生振荡和失步。
BLDC使用电子换向器替代碳刷，更可靠、更安静，运行效率更高，使用功耗也会随之减少，产品寿命也会更长，从长期使用性价比来讲，选择无刷直流（BLDC）使用都是不二的选择。
详解单⽚机各⼤分类单⽚机是⼀种集成电路芯⽚，是采⽤超⼤规模集成电路技术把具有数据处理能⼒的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O⼝和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显⽰驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到⼀块硅⽚上构成的⼀个⼩⽽完善的微型计算机系统，在⼯业控制领域的⼴泛应⽤。
从上世纪80年代，由当时的4位、8位单⽚机，发展到现在的32位300M的⾼速单⽚机。
单⽚微型计算机简称单⽚机，是典型的嵌⼊式微控制器(Microcontroller Unit)单⽚机芯⽚常⽤英⽂字母的缩写MCU表⽰单⽚机，单⽚机⼜称单⽚微控制器，它不是完成某⼀个逻辑功能的芯⽚，⽽是把⼀个计算机系统集成到⼀个芯⽚上。
相当于⼀个微型的计算机，和计算机相⽐，单⽚机只缺少了I/O设备。
概括的讲：⼀块芯⽚就成了⼀台计算机。
它的体积⼩、质量轻、价格便宜、为学习、应⽤和开发提供了便利条件。
同时，学习使⽤单⽚机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
它最早是被⽤在⼯业控制领域。
由于单⽚机在⼯业控制领域的⼴泛应⽤，单⽚机由芯⽚内仅有CPU的专⽤处理器发展⽽来。
最早的设计理念是通过将⼤量外围设备和CPU集成在⼀个芯⽚中，使计算机系统更⼩，更容易集成进复杂的⽽对体积要求严格的控制设备当中。
INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，当时的单⽚机都是8位或4位的。
其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上发展出了MCS51系列单⽚机系统。
因为简单可靠⽽性能不错获得了很⼤的好评。
尽管2000年以后ARM已经发展出了32位的主频超过300M的⾼端单⽚机，直到⽬前基于8031的单⽚机还在⼴泛的使⽤。
在很多⽅⾯单⽚机⽐专⽤处理器更适合应⽤于嵌⼊式系统，因此它得到了⼴泛的应⽤。
事实上单⽚机是世界上数量最多处理器，随着单⽚机家族的发展壮⼤，单⽚机和专⽤处理器的发展便分道扬镳。
现代⼈类⽣活中所⽤的⼏乎每件电⼦和机械产品中都会集成有单⽚机。
MCU概念及如何降低生产成本1. 简介MCU（Microcontroller Unit）是一种高度集成的小型计算机系统，通常由中央处理器（CPU）、内存、输入输出接口和时钟等组成。
MCU常用于嵌入式系统中，广泛应用于各种电子设备，如智能家居、智能穿戴设备、汽车电子等领域。
2. MCU的优势相比于传统的计算机系统，MCU具有以下几个优势：2.1 小型化MCU具有高度集成的特点，可以将中央处理器、内存和输入输出接口等核心组件集成到一个芯片中，从而实现设备的小型化和轻量化。
2.2 低功耗由于MCU主要用于低功耗设备，其设计目标是尽可能降低功耗以延长设备使用时间。
因此，MCU在设计上采用了许多低功耗技术，如时钟管理、功率管理等，以减少能耗。
2.3 低成本MCU的设计和制造成本相对较低，这使得它成为众多电子设备的首选。
相较于传统计算机系统，MCU的价格更低廉，能够满足大规模生产的需求。
3. 如何降低MCU的生产成本在设计和制造MCU时，降低生产成本是一个重要的考虑因素。
以下是几个可以帮助降低MCU生产成本的方法：3.1 设计简化在设计阶段，需要对MCU的功能和性能进行合理的规划。
通过合理的功能划分和模块化设计，可以降低开发和生产成本。
同时，需要合理选择MCU的规格和参数，避免过度设计，以降低成本。
3.2 选择合适的供应商在选择MCU供应商时，需综合考虑价格、质量和服务等方面。
可以进行多家供应商的比较，并选择提供高性价比产品的供应商，以降低采购成本。
同时，与供应商建立稳定的合作关系，有利于获得更好的价格和技术支持。
3.3 模块化设计采用模块化设计可以降低MCU的生产成本。
通过将常用功能模块设计为可重用的模块，在不同的产品中可以进行灵活组合，从而减少开发和制造的重复工作。
3.4 精确的生产计划建立精确的生产计划是降低MCU生产成本的关键。
通过合理安排生产任务、控制生产进度和管理库存，可以减少资源的浪费和不必要的成本。
典型MCU 架构详解与主流MCU 介绍典型MCU 架构详解与主流 MCU 介绍在前面的介绍中，我们已经了解到 MCU 就是基于一定的内核体系，集 成了存储、并行或串行I/O 、定时器、中断系统以及其他控制功能的微 型计算机系统，如图4.1是典型的MCU 组成框图。
目前，虽然很多厂商采用了 ARM 内核体系，但是在具体的MCU 产品 上，各个公司集成的功能差异非常大，形成 MCU 百花齐放的格局，由 于本书的重点是介绍32位MCU ,所以我们将重点以恩智浦公司的MCU 为例来介绍，这些 MCU 中，LPC3000、LH7A 采用ARM9内核， LPC2000 和 LH7 采用 ARM7 内核，LPC1000 系列采用 Cortex-M3 或 M0内核，通过这几个系列的介绍可以了解 MCU 的构成和差异。
4.1恩智浦LPC1000系列MCULPC1000系列MCU 是以第二代Cortex-M3为内核的微控制器，用于处^4.1典即的纠成椎图外耀童时元理要求高度集成和低功耗的嵌入式应用。
采用3级流水线和哈佛结构，其运行速度高达100MHz，带独立的本地指令和数据总线以及用于外设的第三条总线，使得代码执行速度高达 1.25MIPS/MHZ，并包含一个支持分支预测的内部预取指单元，特别适用于静电设计、照明设备、工业网络、报警系统、白色家电、电机控制等领域。
LPC1000系列MCU又分为LPC1700系列和LPC1300系列，下面我们分开介绍。
4.1.1 LPC1700 系列MCU 介绍LPC1700系列ARM是以第二代的Cortex-M3为内核，是为嵌入式系统应用而设计的高性能、低功耗的32位微处理器，适用于仪器仪表、工业通讯、电机控制、灯光控制、报警系统等领域。
其操作频率高达100MHz，采用3级流水线和哈佛结构，带独立的本地指令和数据总线以及用于外设的高性能的第三条总线，使得代码执行速度高达 1.25MIPS/MHZ，并包含一个支持分支预测的内部预取指单元。
典型MCU架构详解与主流MCU介绍在前面的介绍中，我们已经了解到MCU就是基于一定的内核体系，集成了存储、并行或串行I/O、定时器、中断系统以及其他控制功能的微型计算机系统，如图4.1是典型的MCU组成框图。
目前，虽然很多厂商采用了ARM内核体系，但是在具体的MCU产品上，各个公司集成的功能差异非常大，形成MCU百花齐放的格局，由于本书的重点是介绍32位MCU，所以我们将重点以恩智浦公司的MCU为例来介绍，这些MCU中，LPC3000、LH7A采用ARM9内核，LPC2000和LH7采用ARM7内核，LPC1000系列采用Cortex-M3或M0内核，通过这几个系列的介绍可以了解MCU的构成和差异。
4.1 恩智浦LPC1000系列MCULPC1000系列MCU是以第二代Cortex-M3为内核的微控制器，用于处理要求高度集成和低功耗的嵌入式应用。
采用3级流水线和哈佛结构，其运行速度高达100MHz，带独立的本地指令和数据总线以及用于外设的第三条总线，使得代码执行速度高达1.25MIPS/MHz，并包含一个支持分支预测的内部预取指单元，特别适用于静电设计、照明设备、工业网络、报警系统、白色家电、电机控制等领域。
LPC1000系列MCU又分为LPC1700系列和LPC1300系列，下面我们分开介绍。
4.1.1 LPC1700系列MCU介绍LPC1700系列ARM是以第二代的Cortex-M3为内核，是为嵌入式系统应用而设计的高性能、低功耗的32位微处理器，适用于仪器仪表、工业通讯、电机控制、灯光控制、报警系统等领域。
其操作频率高达100MHz，采用3级流水线和哈佛结构，带独立的本地指令和数据总线以及用于外设的高性能的第三条总线，使得代码执行速度高达1.25MIPS/MHz，并包含一个支持分支预测的内部预取指单元。
LPC1700系列ARM Cortex-M3的外设组件：最高配置包括512KB片内Flash 程序存储器、64KB片内SRAM、8通道GPDMA控制器、4个32位通用定时器、一个8通道12位ADC、一个10位DAC、一路电机控制PWM输出、一个正交编码器接口、6路通用PWM输出、一个看门狗定时器以及一个独立供电的超低功耗RTC。
典型MCU架构详解与主流MCU介绍在前面的介绍中，我们已经了解到MCU就是基于一定的内核体系，集成了存储、并行或串行I/O、定时器、中断系统以及其他控制功能的微型计算机系统，如图4.1是典型的MCU组成框图。
目前，虽然很多厂商采用了ARM内核体系，但是在具体的MCU产品上，各个公司集成的功能差异非常大，形成MCU百花齐放的格局，由于本书的重点是介绍32位MCU，所以我们将重点以恩智浦公司的MCU为例来介绍，这些MCU中，LPC3000、LH7A采用ARM9内核，LPC2000和LH7采用ARM7内核，LPC1000系列采用Cortex-M3或M0内核，通过这几个系列的介绍可以了解MCU的构成和差异。
4.1 恩智浦LPC1000系列MCULPC1000系列MCU是以第二代Cortex-M3为内核的微控制器，用于处理要求高度集成和低功耗的嵌入式应用。
采用3级流水线和哈佛结构，其运行速度高达100MHz，带独立的本地指令和数据总线以及用于外设的第三条总线，使得代码执行速度高达1.25MIPS/MHz，并包含一个支持分支预测的内部预取指单元，特别适用于静电设计、照明设备、工业网络、报警系统、白色家电、电机控制等领域。
LPC1000系列MCU又分为LPC1700系列和LPC1300系列，下面我们分开介绍。
4.1.1 LPC1700系列MCU介绍LPC1700系列ARM是以第二代的Cortex-M3为内核，是为嵌入式系统应用而设计的高性能、低功耗的32位微处理器，适用于仪器仪表、工业通讯、电机控制、灯光控制、报警系统等领域。
其操作频率高达100MHz，采用3级流水线和哈佛结构，带独立的本地指令和数据总线以及用于外设的高性能的第三条总线，使得代码执行速度高达1.25MIPS/MHz，并包含一个支持分支预测的内部预取指单元。
LPC1700系列ARM Cortex-M3的外设组件：最高配置包括512KB片内Flash程序存储器、64KB片内SRAM、8通道GPDMA控制器、4个32位通用定时器、一个8通道12位ADC、一个10位DAC、一路电机控制PWM输出、一个正交编码器接口、6路通用PWM 输出、一个看门狗定时器以及一个独立供电的超低功耗RTC。
v1.0 可编辑可修改典型MCU架构详解与主流MCU介绍在前面的介绍中，我们已经了解到MCU就是基于一定的内核体系，集成了存储、并行或串行I/O、定时器、中断系统以及其他控制功能的微型计算机系统，如图是典型的MCU组成框图。
目前，虽然很多厂商采用了ARM内核体系，但是在具体的MCU产品上，各个公司集成的功能差异非常大，形成MCU百花齐放的格局，由于本书的重点是介绍32位MCU，所以我们将重点以恩智浦公司的MCU为例来介绍，这些MCU中，LPC3000、LH7A采用ARM9内核，LPC2000和LH7采用ARM7内核，LPC1000系列采用Cortex-M3或M0内核，通过这几个系列的介绍可以了解MCU的构成和差异。
恩智浦LPC1000系列MCULPC1000系列MCU是以第二代Cortex-M3为内核的微控制器，用于处理要求高度集成和低功耗的嵌入式应用。
采用3级流水线和哈佛结构，其运行速度高达100MHz，带独立的本地指令和数据总线以及用于外设的第三条总线，使得代码执行速度高达MHz，并包含一个支持分支预测的内部预取指单元，特别适用于静电设计、照明设备、工业网络、报警系统、白色家电、电机控制等领域。
LPC1000系列MCU又分为LPC1700系列和LPC1300系列，下面我们分开介绍。
LPC1700系列MCU介绍LPC1700系列ARM是以第二代的Cortex-M3为内核，是为嵌入式系统应用而设计的高性能、低功耗的32位微处理器，适用于仪器仪表、工业通讯、电机控制、灯光控制、报警系统等领域。
其操作频率高达100MHz，采用3级流水线和哈佛结构，带独立的本地指令和数据总线以及用于外设的高性能的第三条总线，使得代码执行速度高达MHz，并包含一个支持分支预测的内部预取指单元。
LPC1700系列ARM Cortex-M3的外设组件：最高配置包括512KB片内Flash程序存储器、64KB片内SRAM、8通道GPDMA控制器、4个32位通用定时器、一个8通道12位ADC、一个10位DAC、一路电机控制PWM输出、一个正交编码器接口、6路通用PWM输出、一个看门狗定时器以及一个独立供电的超低功耗RTC。
LPC1700系列ARM Cortex-M3还集成了大量的通信接口：一个以太网MAC、一个USB 全速接口、4个UART接口、2路CAN、2个SSP接口、1个SPI接口、3个I2C接口、2路I2S输入和2路I2S输出。
系列MCU关键特性：* 第二代Cortex-M3内核，运行速度高达100MHz；* 采用纯Thumb2指令集，代码存储密度高；* 内置嵌套向量中断控制器（NVIC），极大程度的降低了中断延迟；* 不可屏蔽中断（NMI）输入；* 具有存储器保护单元，内嵌系统时钟；* 全新的中断唤醒控制器（WIC）；* 存储器保护单元（MPU）；* 以太网、USB Host/OTG/Device、CAN、I2S；* 快速（Fm+）I2C、SPI/SSP、UART；* 电机控制PWM输出和正交编码器接口；* 12位ADC；* 低功耗实时时钟（RTC）；* 第二个专用的PLL可用于USB接口，增加了主PLL设置的灵活性；* 4个低功率模式：睡眠、深度睡眠、掉电、深度掉电，可通过外部中断、RTC中断、USB活动中断、以太网唤醒中断、CAN总线活动中断、NMI等中断唤醒；* 具有在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP）功能的512KB片上Flash程序存储器；* 64KB片内SRAM包括：* 32KB SRAM可供高性能CPU通过本地代码/数据总线访问；* 2个16KB SRAM模块，带独立访问路径，可进行更高吞吐量的操作。
这些SRAM 模块可用于以太网、USB、DMA存储器，以及通用指令和数据存储；* AHB多层矩阵上具有8通道的通用DMA控制器（GPDMA），结合SSP、I2S、UART、AD/DA转换、定时器匹配信号和GPIO使用，并可用于存储器到存储器的传输；* 多层AHB矩阵内部连接，为每个AHB主机提供独立的总线。
AHB主机包括CPU、通用DMA控制器、以太网MAC和USB接口。
这个内部连接特性提供无仲裁延迟的通信；* 实用的LQFP 80/100脚封装。
系列中LPC1766方框图：系列MCU参数规格如下表所示：LPC1300系列MCU介绍LPC1311/13/42/43是以第二代ARM Cortex-M3为内核的微控制器，其系统性能大大提高，增强了调试特性，令所支持模块的集成级别更高。
其最大亮点在于具有极高的代码集成度和极低的功耗，是业界功耗最低的32位Cortex-M3 MCU。
LPC1300系列ARM微控制器的操作频率高达70MHz，具有3级流水线功能，并采用支持独立本地指令和数据总线以及用于外设的第三条总线的哈佛架构，使得代码执行速度高达MHz，还包括了一个内部预取单元，支持分支预测操作。
LPC1311/13/42/43的外设组件：最高配置有32KB的Flash存储器、8KB的数据存储器、USB设备（仅对于LPC1342/43）、一个快速模式I2C接口、一个UART、四个通用定时器、42个通用I/O引脚。
系列MCU关键特性* 第二代Cortex-M3内核，高达70MHz的运行速度；* 内置有嵌套向量中断控制器（NVIC）；* 具有32KB（LPC1343/13）/16KB（LPC1342）/8KB（LPC1311）片上Flash程序存储器；* 10位ADC，在8个引脚中实现输入多路复用；* 在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP）可通过片内引导装载程序软件来实现；串行接口* 带有用于设备的片内PHY的USB 全速设备控制器（仅对于LPC1342/43）；* 可产生小数波特率、具有调制解调器、内部FIFO和支持RS-485/EIA-485标准的UART；* SSP控制器，带FIFO和多协议功能；* I2C总线接口，完全支持I2C总线规范和快速模式，数据速率为1Mbit/s，具有多个地址识别功能和监控模式；其它外设* 多达42个通用I/O（GPIO）引脚，带可配置的上拉/下拉电阻，并有新的、可配置的开漏操作模式；* 4个通用定时器/计数器，共有4路捕获输入和13路匹配输出；* 可编程的看门狗定时器（WDT）；* 具有系统定时器；* 每个外设都具有其自身的时钟分频器，以进一步降低功耗；* 集成了PMU（电源管理单元），可在睡眠、深度睡眠和深度掉电模式中极大限度减少功耗；* 具有三种低功耗模式：睡眠模式、深度睡眠模式和深度掉电模式；* 带驱动的时钟输出功能可以反映主振荡器时钟、IRC时钟、CPU时钟、看门狗时钟和USB时钟；* 掉电检测，具有4个独立的阀值，用于中断和强制的复位；* 12MHz内部RC振荡器可调节到1﹪的精度，可将其选择为系统时钟；* PLL允许CPU在最大的CPU速率下操作，而无需高频晶振，可从主振荡器、内部RC振荡器或看门狗振荡器中运行；* 可采用48脚LQFP封装和33引脚HVQFN封装。
系列MCU方框图如下表所示：v1.0 可编辑可修改系列MCU参数规格如下表所示：LPC1100--更高效能MCU向我们走来2009年5月，恩智浦宣布推出将于2010年初推出基于Cortex-M0的LPC1100系列产品。
LPC1100非常适合那些电池供电、电子计量、消费电子外围设备、远程传感器以及所有的16位应用。
ARM Cortex-M0处理器是市场上现有的最小、能耗最低、最节能的ARM处理器。
该处理能耗非常低、门数量少、代码占用空间小，使得MCU开发人员能够以8位处理器的价位，获得32位处理器的性能。
超低门数还使其能够用于模拟信号设备和混合信号设备及MCU应用中，可望明显节约系统成本，同时保留功能强大的Coretex-M0处理器的工具和二进制兼容能力。
Cortex-M0最大的优势在于能效。
数据显示，其运算能力可以达到 DMIPS/MHz，但功耗却仅有80uW/MHz。
这源于所谓的“超低功耗深度睡眠架构”，是因为采用了ARM 180ULL库和PMK，所以相比传统8/16位MCU拥有更低的静态功耗。
另外，尽管动态功耗与眼下的16位处理器相当，但是由于运算性能的提高，实际上处理器在执行同样的任务时所耗费的时间降低了，这就大幅降低了处理器的动态功耗。
ARM Cortex-M0处理器关键特性：* 50MHz主频* 紧密耦合的巢状向量中断控制器快速确定性中断；* 唤醒中断控制器允许从优先级中断中自动唤醒；* 3个低功耗模式：睡眠，深度睡眠和深度掉电；存储器；* 128KB的FLASH存储器；* 16KB的SRAM；串行外围设备；* 带有分数波特率，内部FIFO，支持RS-485的UART；* 带有FIFO和多重协定能力的SPI控制器；* I2C总线接口支持全速I2C总线规格和快速模式的波特率为1Mbps带有多样的地址识别和监控模式；* 模拟外围设备；* 8通道10位的A/D转换器，转换率高达250K采样每秒。
LPC1100系列是世界首款基于Cortex-M0内核的MCU，性价比高，LPC1100的代码和工具与恩智浦其他基于ARM内核的MCU产品相兼容，32位性能与多重电源模式和非常低的深度睡眠模式相结合。
LPC1100提供业界领先的能源效率大大延长电池的使用寿命。
LPC1100的性能效率结合了新标准，代码密度有了显著的改进，可使电池寿命更长也降低了成本。
LPC1100系列方框图如下所示：电源管理单元ADCCortex－M0单元I2CGPIOSPI定时器RAMROMFlashUART时钟发生单元。
