電機控制是微控制器的一個重要應用領域。近幾十年來，隨著微電子工藝水平的提高，電機微控制水平有了飛速的發展。世界上著名的集成電路芯片制造商紛紛推出各自的產品，使得電機微控制器種類不斷增多，功能日益增強。常見的有Intel公司的 8CX196MC/MD/MH、TI公司的TMS320C24x系列、 Motorola公司的M68HC08/16、ADI公司的ADMCxxx系列微控制器等等。

對于現代高性能的電機控制系統而言，除了要有一個功能強大的計算內核外，還需要一些附加的外部電路，如高分辨率的A/D變換器、多路輸入輸出I/O口等，尤其需要一個用于產生驅動逆變器功率開關元件的PWM信號的波形發生單元和定時器單元，這也是電機微控制器共同的重要特片。

1 基本結構

1.1 8XC196MC的基本結構

8XC196MC 是Intel公司專門為電機高速控制所設計的一種16位微控制器，基本結構如圖1所示。它有1個C196內核（寄存器-寄存器結構），當時鐘頻率為 16MHz時，進行1次16bit×16bit運算需1.75μs；進行1次32bit/16bit運算需3μs；另外包括488字節的寄存器RAM、 64KB程序空間、中斷、7個I/O口共40條I/O口線，PTS工作方式支持串行輸入、輸出（SIO）功能；片內外設有1個13通道的A/D轉換器，可工作在8位或10位模式，采樣保持時間、轉換時間、閥植檢測方式和零偏補償校正均可編程；2個16位定時器；1個事件處理器陣列（EPA）有4路捕捉/比較模塊和獨立的4路比較模塊，它和定時器共同完成對事件監測與控制，具有125ns的事件處理分辨能力；1個三相波形發生器（Waveform Generator簡稱WG）和1個脈寬調制單元（PWM）。在運行中可動態選擇8位或者16位的總線寬芳，并能通過HOLD/HLDA協議方便地實現多處理器通信。

8XC196MD是8XC196MC的改進型，引腳兼容且基本結構相同，只是在其基礎上增加了如下功能；

①1路頻率發生器產生的頻率可編程的方波，適用于紅外遙控通信；

②在EPA中，添加了2路捕捉/比較模塊和獨立的2路比較模塊；

③增加8個I/O引腳，2個數字輸入引腳及1個A/D輸入引腳。

1.2 TMS320C240 DSP的基本結構

TI（德州儀器）公司于1997年推出的電機微控制TMS320C240，是第1片專門為滿足復雜電機控制需求而設計的單片DSP控制器，其結構如圖2所示。由于具有硬件乘法器及多總線結構，TMS320C240支持高速指令周期及單周期乘法，16位定點DSP內核的計算速度達20 MIPS（1個指令周期50ns），片內有544字的數據/程序RAM和16K字的程序ROM，外設包括1個專用于電機控制的事件管理器（可用于產生三相 PWM信號和捕捉光電編碼器的脈沖信號）、2個8路10位A/D變換器、1個看門狗定時器、1個串行通信接口（SPI）、1個串行外設接口（SCI口）和 4個8位共32路I/O口。

1.3 ADMC331的結構

ADMC3xx 系列是美國ADI（模擬器件）公司生產的單片DSP電機控制器。它們均以1個ADSP-2171DSP為基礎內核，配以電機控制所需要的外設單元組成，主要包括ADMC300、ADMC328、ADMC330、ADMC331和ADMC401。其中，ADMC 328屬于簡單型控制器，僅有28個引腳，主要應用在家用電器或一般較簡單的業控制系統中；ADMC300/330/331控制器引腳均為80個，性能居中，可較好地滿足一般調速系統的控制要求；ADMC401為高檔型DSP控制器，引腳多達144個，功能豐富，可應用于高精度且復雜的調速控制系統中。這里以ADMC331為例簡要介紹一下其結構特點。

ADMC331集成了1個26MIPS的16位定點DSP內核ADSP2171和一系列電機控制所需設備。DSP內核并聯了3個運算單元，ALU（算術邏輯）、MAC（乘加）和SHIFTER（移位）。ADMC331還提供了2K×24位的程序存儲器（ROM）、2K×24位程序存儲器（RAM）和1K× 16位數據存儲器（RAM），程序及數據存儲器RAM內的存儲內部可由其串口從外部ROM中以同步或異步方式裝入，ROM中還固化了一些常用的電機控制用子程序和常數，為控制系統的程序設計提供了方便。從圖3的結構框圖中可見，ADMC331的外設包括1個16位三相PWM發生器，能夠靈活編程產生精確 PWM信號以驅動逆變器的功率開關；7個模塊輸入通道，最高分辨率為12位，最高采樣頻率為32.5kHz；2個輔助8位PWM輸出通道，可用來為被控的功率因數校正或其它開關變換器提供開關信號，亦可通過合適的濾波網絡作為數模轉換的輸出；16位的監視定時器和可編程的16位定時器；每位均可設置為輸入 /輸出或中斷的24位數字可編程輸入/輸出（PIO）端口及2個雙緩沖的串行口。再加上豐富的DSP操作指令的支持，單周期指令執行時間可達 38.5ns，使之不失為電機調速控制的理想器件。

2 PWM信號的形成

對于任何種類的三相電機控制系統，均要求產生3對完善的PWM信號以驅動逆變器上下橋臂功率開關元件，并要求每對PWM信號有適當的導通延時，以防止下橋臂功率開關同時導通而毀壞系統。這也正是電機微控制器區別于其它種類微控制器的重要特征。