1.   概述

本方案采用極具性價比的8位MCU芯片CMS8M3533為主控，為驅(qū)動算法運(yùn)行、速度提升及轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)精度提供保障。具有低噪音、低損耗、運(yùn)行平穩(wěn)、使用壽命長、無極調(diào)速等技術(shù)優(yōu)勢，為廣大客戶提供高性價比的、穩(wěn)定可靠的方案選擇。華秋商城&中微共同為客戶提供完整方案，包括原理圖、源程序以及應(yīng)用說明，并可提供定制服務(wù)，更有專業(yè)技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)提供技術(shù)支持。

1.1   MCU簡介

CMS8M3533是8051內(nèi)核、兼容MCS-51的1T指令系統(tǒng)、通用IO型的8位芯片，工作頻率最高可達(dá)48MHz，該MCU具有如下特性：

l  増強(qiáng)型8051內(nèi)核

- 工作主頻48MHz, 2T指令運(yùn)行

- 工作電壓：2.1V ~ 5.5V

- 工作溫度：-40°C ~ 105°C

l  Memory

- 16KB Flash

- 256B IRAM, 1KB XRAM

- 1KB Data Flash

l  GPIO

- 多達(dá)22個GPIOs

- 所有數(shù)字功能可分配到任意GPIO

l  靈活配置的系統(tǒng)時鐘，可自由切換

- 內(nèi)部高速RC振蕩：24MHz/48MHz

- 外部高速晶體振蕩：8MHZ/16MHZ

- 外部低速晶體振蕩：32.768KHZ

- 內(nèi)部低功耗振蕩：125KHZ

l  豐富的定時器

- 1個專用休眠喚醒定時器WUT

- 5個16-bit通用定時器

- 1個16-bit看門狗定時器

l  電機(jī)控制專用PWM模塊

- 支持獨(dú)立/互補(bǔ)/同步/成組輸出模式

- 支持中心對稱和非對稱模式

- 支持單次和自動加載模式

- 支持掩碼輸出和剎車功能

- PWM任意邊沿或周期可觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換

l  高精度12-bitADC

- 所有GPIO均可配置為ADC輸入通道

- 參考電壓可選(1.2V/2.4V/3.0VA/DD)

- 支持硬件觸發(fā)啟動ADC轉(zhuǎn)換

- 支持ADC結(jié)果比較功能

l  豐富的模擬外設(shè)

- 內(nèi)置2路高性能運(yùn)算放大器(5MHz, 8V/us)

- 內(nèi)置2路高性能模擬比較器，支持雙邊遲滯功能(10mV/20mV/60mV)

l  豐富的通訊接口

- 1xllC(通訊速率最快可達(dá)400Kb/s)

- 1xSPI (通訊速率最快可達(dá)6Mb/s)

- 2xUART (內(nèi)建獨(dú)立波特率發(fā)生器)

l  96-bit 唯一ID(UID)

2.  應(yīng)用范圍

本方案是一款具有大扭矩啟動、兩檔扭力選擇、反轉(zhuǎn)自停、電量指示，夜間LED照明等功能的控制器產(chǎn)品。廣泛應(yīng)用于汽車輪胎更換、室外架搭建、室內(nèi)房屋裝潢、貨架搭建、結(jié)構(gòu)廠房搭建、螺絲裝卸和木工鉆孔等工況。

3.  方案特點(diǎn)

大扭矩啟動

電量指示、照明、兩檔可選、反轉(zhuǎn)自停、記憶功能

過流、短路、過溫、缺相、過欠壓保護(hù)、錯誤報警指示

4.  方案說明

4.1典型應(yīng)用原理圖

4.2典型應(yīng)用PCB圖

PCB 正反面圖

4.3主要單元電路說明

4.3.1輔助電源電路（12V&5V線性穩(wěn)壓、輸入母線電壓檢測、上電自檢）

12V&5V線性穩(wěn)壓：輸入電壓經(jīng)CMS6021產(chǎn)生系統(tǒng)需要的12V與5V。

輸入母線電壓檢測：CMS6021線性穩(wěn)壓器按1/11的分壓比例輸出母線電壓采集信號。

上電自檢：當(dāng)貼裝R4電阻和C2電容并取消R3電阻時，上電后有自檢功能；當(dāng)取消R4

電阻和C2電容并貼裝R3電阻時，上電后無自檢功能。

4.3.2 MCU

CMS8M3533是8051內(nèi)核、兼容MCS-51的1T指令系統(tǒng)、通用I。型的8位芯片，同時內(nèi)置90V三相半橋驅(qū)動模塊。MCU負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的信號采集，數(shù)據(jù)處理，邏輯功能控制。

4.3.3反電動勢采樣

無刷無感直流電機(jī)通過反電勢來判斷轉(zhuǎn)子位置，使用MCU的內(nèi)置比較器來偵測過零點(diǎn)之前，必須先對相電壓做分壓，再經(jīng)過低通濾波以獲得低于5V的直流電壓。而判斷過零點(diǎn)的閾值，則設(shè)置為該直流電壓幅值的1/2。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載的不同，該直流電壓的幅值是會 改變的。因此，過零點(diǎn)的閾值也隨之在調(diào)整，這可由MCU實(shí)時采樣并計(jì)算而得。

4.3.4扳機(jī)控制模塊

扳機(jī)控制模塊電路可實(shí)現(xiàn)幵機(jī)上電、正反轉(zhuǎn)控制、無級調(diào)速、照明指示控制等功能。

4.3.5電量指示、溫度保護(hù)、模式切換（正轉(zhuǎn)模式下：切換高低檔；反轉(zhuǎn)模式下：切

換反轉(zhuǎn)自停功能）

l  溫度保護(hù)：R49為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，R44與R49構(gòu)成分壓電路，Layout時R49靠近功率MOSFET放置。通過檢測功率MOSFET溫度變化引起的R44與R49構(gòu)成的分壓電路輸出的電壓變化來完成過溫保護(hù)信號采樣。

l  模式切換：MCU通過檢測P26口電平拉低完成正轉(zhuǎn)模式下的高低檔位切換與反轉(zhuǎn)模式下的反 轉(zhuǎn)自停功能切換。

l  電量指示：通過檢測到的不同的輸入母線電壓來點(diǎn)亮不同LED，三顆LED (LED4、LED5、LED6） 在同時點(diǎn)亮且以不同的頻率和次數(shù)閃爍來表示報警指示功能。

4.3.6功率回路

6顆功率MOSFET按MCU給出的信號輪流導(dǎo)通驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)，根據(jù)不同的MOSFET選擇 合適的Rg電阻。并考慮MOSFET在極限工況下的耐電壓耐電流參數(shù)，且留有一定的余量。

4.3.7電流采樣

采用0.001R采樣電阻取得母線電流對應(yīng)的電壓信號，通過單片機(jī)內(nèi)置可編程運(yùn)算放大 器放大。為了能得到準(zhǔn)確的電流信息，增加偏置電路。偏置電壓由R29、R30分壓后通過CMS8M3533內(nèi)部可編程運(yùn)算放大器產(chǎn)生，PGA輸出到內(nèi)部比較器正端，當(dāng)電流超過軟件設(shè)定的值時進(jìn)入過流保護(hù)。

5.  PCB Layout注意事項(xiàng)

5.1布局注意事項(xiàng)

l  整體布局遵循功率回路與小信號控制回路分開布局原則，功率部份在滿足銅箔載流量與溫度敏感器件距離的前提下，按最小環(huán)路面積布局。

l  芯片的放置方向優(yōu)先考慮驅(qū)動出線，電流采樣以及反電動勢采樣等關(guān)鍵信號。

l  布局按樹狀結(jié)構(gòu)以輸入電容為參考分區(qū)匯流，單元電路地回路按輸出回輸入原則走線。

l  Rsense電阻盡量靠近輸入Bulk Capacitor布局

l  濾波電容抵近端口放置

l  電阻分壓采樣下偏阻容盡量抵近檢測端口放置（特別是反電動勢采樣與電流采樣相關(guān)）

l  驅(qū)動Rg電阻抵近MOSFET放置

l  NTC溫度傳感器貼近熱源放置

5.2關(guān)鍵信號走線

l  運(yùn)放電流采樣按差分走線，從Rsense焊盤中間出線，走線遠(yuǎn)離干擾源。

l  運(yùn)放基準(zhǔn)地應(yīng)與MCU為同一參考地，反電動勢采樣地與MCU為同一參考地。

l  敏感弱電信號線與強(qiáng)電或高頻信號線保持一定距離，例如：U, V, W,相線禁止從芯片底部走線。

l  輔助電源從輸入Bulk Capacitor出線。

本方案是一款具有大扭矩啟動、兩檔扭力選擇、反轉(zhuǎn)自停、電量指示，夜間LED照明等功能的控制器產(chǎn)品。廣泛應(yīng)用于汽車輪胎更換、室外架搭建、室內(nèi)房屋裝潢、貨架搭建、結(jié)構(gòu)廠房搭建、螺絲裝卸和木工鉆孔等工況。