基于片上系统的带霍尔传感器的三相无刷直流电机控制方法

摘要

本发明公开一种基于片上系统的带霍尔传感器的三相无刷直流电机控制方法，通过两个支持霍尔事件采样和支持可编程死区时间的互补PWM输出功能的定时器级联方式实现。定时器由可编程的预分频器、自动装载寄存器、计数器、触发器、霍尔传感器接口、输入滤波和边沿检测器、捕获/比较寄存器、输出控制模块构成，可以实现脉冲宽度和波形周期从几个微秒到几个毫秒的调节。本发明通过片上系统芯片直接输出带反馈调控的三相互补PWM电机控制信号，具有精度高，稳定性高、可靠性强的特点；合理地利用片上系统芯片中的定时器，提高了定时器的使用率，进而提高了片上系统芯片的性能。

主权项

一种基于片上系统的带霍尔传感器的三相无刷直流电机控制方法，其特征在于包括以下步骤：1)组建控制系统：所述控制系统由片上系统芯片内两个支持霍尔事件采样和支持可编程死区时间的互补PWM输出功能的定时器级联实现，第一定时器作为接口来连接霍尔传感器，第二定时器产生PWM信号驱动电机；所述第一定时器、第二定时器分别包括触发器、预分频器、自动装载寄存器、CNT计数器、霍尔传感器接口，以及由三个输入滤波和边沿检测器、三个捕获/比较寄存器以及三个输出控制模块构成的三个通道；其中，第一定时器的第二通道的输出端连接到第二定时器的触发器的输入端；所述触发器与触发输入信号以及预分频器相连，根据有效的触发输入信号产生触发事件，复位或使能预分频器；所述预分频器与时钟信号、触发器以及CNT计数器相连，将CNT计数器的时钟频率按1到2³²之间的任意值分频，是一个基于32位寄存器控制的32位计数器，所述预分频器带有缓冲器，能够在工作时被改变；所述自动装载寄存器与CNT计数器相连，具有预先装载功能，所述自动装载寄存器的内容允许立即或在每次的更新事件时传送到影子寄存器，当CNT计数器达到溢出条件时产生更新事件；所述CNT计数器与预分频器、自动装载寄存器以及三个通道的捕获/比较寄存器相连，是一个32位的计数器，由所述预分频器输出分频后的时钟信号驱动，可向上计数、向下计数或者向中间对齐计数；所述霍尔传感器接口包括一个异或门，所述异或门的三个输入端也是霍尔传感器接口的三个输入端，所述异或门的输出端以及霍尔传感器接口的第一输入端连接到一个数据选择器的两个输入端，所述数据选择器的输出端连接到第一通道的输入滤波和边沿检测器的输入端；霍尔传感器接口的第二输入端连接到第二通道的输入滤波和边沿检测器的输入端；霍尔传感器接口的第三输入端连接到第三通道的输入滤波和边沿检测器的输入端；各输入滤波和边沿检测器的输出端分别经由一个数据选择器与捕获/比较寄存器相连，针对输入信号进行滤波和有效边沿检测，滤波的带宽可配置；所述捕获/比较寄存器与输入滤波和边沿检测器以及输出控制模块相连，如果选择预装载特性，写入的数值被立即传输至所述捕获/比较寄存器中，否则只有当更新事件发生时，预装载值才传输至当前捕获/比较寄存器中，当前捕获/比较寄存器与所述CNT计数器的值比较，产生输出信号；所述输出控制模块与捕获/比较寄存器相连，处理刹车事件和产生带死区时间的互补PWM输出；2)控制流程：所述第一定时器作为接口连接霍尔传感器，霍尔传感器的信号连接到第一定时器的三个输入脚，三个输入通过霍尔传感器接口的异或门连接到第一输入通道，第一定时器捕获霍尔信号；当三个输入之一变化时，第一定时器的CNT计数器重新从0开始计数，产生一个由霍尔输入端的任何变化而触发的时间基准，第一定时器的第一通道的捕获/比较寄存器配置为捕获模式，捕获值反映了捕获/比较寄存器的两输入间的时间延迟，给出了电机的速度信息；第一定时器在每次任一霍尔传感器输入上发生变化之后的一个指定的时刻，输出一个脉冲，所述脉冲通过触发一个COM事件改变第二定时器各个通道的属性以及PWM的配置；第二定时器产生PWM信号驱动电机，第一定时器的第二通道在一个指定的延时之后产生一个正脉冲，所述正脉冲被送到第二定时器；第二定时器产生三相六路由寄存器配置可调周期和占空比的互补PWM信号；第二定时器的输出控制模块的死区时间寄存器控制电路，根据死区寄存器调节两路互补PWM信号间的死区时间；第二定时器的输出控制模块的刹车控制电路，在有外部刹车输入时，输出首先被置于复位状态即无效的状态，当设置了刹车中断使能时，进入刹车中断处理程序来处理所述刹车事件。