MSP 电机控制是一个集成在 MSPM0-SDK 内的中间件封装，支持用户使用具有流行电机驱动器设计和拓扑结构的小型、简化 MSPM0 固件示例，可在 10 分钟或更短时间内旋转电机。表 1-1 展示了工业和汽车应用当前支持的电机类型和电机控制算法。

MSP 电机控制在 MSPM0-SDK 中提供了大量资源，以支持所有电机控制开发。资源示例包括：

• 受支持的硬件设计，使用 MSP 控制板 (LaunchPad) 和电机驱动器评估模块 (EVM)
• 可直接用于生产环境的软件，使用硬件抽象层 (HAL) 提供可扩展的 MSP 和驱动程序支持
• 易于评估的图形用户界面 (GUI)，可在 10 分钟内旋转电机
• TI Resource Explorer 中的用户指南和支持文档

图 1-1 使用 MSPM0-SDK 开发资源进行 MSP 电机控制

如图 1-1 所示，MSP 电机控制作为中间件封装嵌入 MSPM0-SDK 中，可与非 RTOS 和 RTOS 驱动程序、MSPM0 DriverLib 支持以及图形配置工具（如 SysConfig）连接。此外，MSP 电机控制可与 CAN 和 LIN 驱动器等其他中间件示例配对，并可在 MSP 电机控制之上轻松添加子系统代码示例，以快速构建软件解决方案。它提供了一个易于使用的生态系统，可针对使用有刷直流、步进、BLDC、PMSM 和 ACIM 电机的各种应用评估电机控制。

MSP 电机控制需要以下工具：

• Code Composer Studio™ v12.0.0 或更高版本
  • 对 Eclipse® 和 Theia 软件包的支持
• MSPM0-SDK V1.00.00 或更高版本
• 未来对 IAR Systems 和 Keil 嵌入式开发工具的支持

要开始使用 MSPM0 电机控制，请按照以下步骤操作。有关详细信息，请参阅 表 2-1。

1. 订购 MSPM0 LaunchPad 和 DRV8xxx 电机驱动器 EVM。请参阅下面的硬件支持。
2. 使用各种方法在 10 分钟或更短时间内旋转电机。请参阅下面的软件支持。
   1. TI Gallery 中在线提供的 GUI
   2. 来自 Code Composer Studio (CCS) IDE 内 MSPM0-SDK 的软件示例
   3. 在线使用的 CCS Cloud
3. 有关更多资源和文档，请查看 TI Resource Explorer 中的用户指南资源。请参阅下面的用户指南。

1. 无传感器 FOC 解决方案目前仅用于演示目的，并不推荐用于全面量产解决方案。将于 2024 年 1 月推出电机识别、自动 PI 调优和具有扩展硬件支持的其他闭环功能。

MSPM0 有刷直流电机控制设计的主要特性包括：

• 双 PWM 控制，具有互补输出和高达 100kHz 的 PWM 频率
• 可调 0% 至 100% 占空比控制
• 制动和方向控制
• 用于电流限制的电压基准 (VREF)
• 用于配置驱动器设置并诊断驱动器故障的 SPI 接口（仅限 SPI 器件）
• 通过故障引脚进行故障检测

有刷直流电机控制非常简单：在电机端子上施加电压可以改变转子上的磁场并产生连续的旋转运动。尽管存在热耗散、高转子惯性和电磁干扰等缺点，但有刷直流电机不需要电流反馈且易于控制，因此是适用于如图 3-1 所示的许多应用的简单低成本设计。

通常，有刷直流电机在启动时需要大电流来克服惯性，然后只需要小电流即可维持稳态运行。为此，使用 PWM 占空比控制来调制控制波形，使 N 型 MOSFET（控制开关电流）在 PWM 周期的一部分（而不是全部时间）内导通。此外，H 桥逆变器用于控制电机方向和衰减模式，以优化电机制动和再循环电流。

图 3-1 适用于有刷直流电机的 H 桥电机控制

对于需要向微控制器提供电流反馈以实现高级换向（如纹波计数或扭矩控制）的系统，可将一个电流采样电阻放置在 H 桥低侧或内联到电机相位。

H 桥驱动器可以集成各种类型的电源和模拟控制，以缩小系统外形尺寸。MCU 提供控制算法，而模拟集成可以集成到 MCU 或驱动器中。

如图 3-2 所示，该软件包使用 MSPM0 系统配置工具为有刷直流电机控制初始化必要的外设，并使用抽象层与各种分立和集成步进电机驱动器设计连接。

图 3-2 采用 MSPM0 的有刷直流库的软件架构

方框图展示了有刷电机控制示例中支持用于有刷直流电机的 MSPM0L1xxx 设计。

• 双 PWM 控制接口 (PWM)
• 相位使能接口 (PH/EN)
• 半桥控制
• 独立模式控制

支持的两种拓扑是 H 桥电机驱动器和 H 桥栅极驱动器。

MSPM0L1xxx 可支持适用于低成本、低电压 H 桥电机驱动器的双 PWM 控制，以驱动小功率 BDC 电机。这些电机驱动器通常非常小，集成了 4 个 N 型 MOSFET，并且这些系统架构用于个人电子产品、个人护理用品、智能锁、机器人/玩具等应用。使用 MSPM0 内的集成式 OPA 或 COMP 可实现总线过流检测或基本扭矩控制。低成本 MSP MCU 提供 PWM、GPIO 控制和模拟集成，同时使用驱动器的故障引脚或可选过流检测来检测故障情况。

如图 3-3 所示，H 桥电机驱动器 控制中使用的信号包括：

• 具有可调占空比和脉宽 (PWM) 的双 PWM 信号
• 具有睡眠模式引脚的驱动器的低功耗模式信号 (nSLEEP)
• 来自驱动器的逻辑低电平故障信号 (nFAULT)
• 来自分流电阻器的可选低侧电流检测¹

^{(1) 可使用集成式 COMP 或 OPA 实现电流检测，仅适用于 MSPM0L130x。}

图 3-3 使用 MSPM0L1xxx 和 H 桥电机驱动器的有刷直流电机控制方框图

对于具有可选内联或低侧电流检测功能的栅极驱动器，MSPM0L1xxx 可支持双 PWM 控制，以通过闭环扭矩控制功能驱动高功率、更高电压 BDC 电机。这些栅极驱动器提供电流来驱动 4 个外部 N 型 MOSFET，与集成式 MOSFET 相比，N 型 MOSFET 具有更高的电流和温度额定值。这些系统架构用于大功率汽车应用，例如电源模块、车门模块、车窗、天窗、后备箱以及其他车身应用。低成本 MSP MCU 提供 PWM、GPIO、SPI 通信接口和模拟集成来支持这些 H 桥栅极驱动器。

如图 3-4 所示，具有直列式电流检测放大器的 H 桥栅极驱动器 中使用的信号包括：

• 具有可调占空比和脉宽 (PWM) 的 4 PWM 信号
• 具有睡眠模式引脚的驱动器的低功耗模式信号 (nSLEEP)
• 可选 SPI 读取/写入接口（适用于具有 SPI 接口的驱动器）
• 来自驱动器的逻辑低电平故障信号 (nFAULT)
• CSA 基准 (VREF)¹
• 来自分流电阻器的可选低侧电流检测²

^{(1) 可使用集成式 COMP 中的 8 位 DAC 来输出 CSA 基准电压。}

^{(2) 可使用集成式 COMP 或 OPA 进行电流检测。COMP 和 OPA 都仅在 MSPM0L130x 中可用。}

图 3-4 使用 MSPM0L1xxx 和具有直列式电流检测放大器的 H 桥栅极驱动器的有刷直流电机控制方框图

表 6-8 展示了使用 MSPM0-SDK 进行有刷直流电机控制时支持的硬件。

表 6-8 显示了 TI Resource Explorer 中的有刷直流电机控制所支持的软件。

有关完整说明和信息，请访问 TI Resource Explorer 中的有刷直流电机控制用户指南。

要使用 MSPM0 旋转有刷直流电机，请执行以下三个简单步骤：

1. 订购受支持的 LaunchPad 和 DRV8xxx EVM。根据指定 EVM 的硬件用户指南连接硬件和电机。
2. 从 TI Gallery 中启动指定的 GUI。使用 MSPM0 MCU 启用驱动器，旋转电机并评估器件特性。
3. 在 Code Composer Studio 或 CCS Cloud IDE 中评估固件。

MSPM0 步进电机控制设计的主要特性包括：

• 使用全步进或半步进实现高达 100kHz 的 4 PWM 步进控制，或使用 1/256 微步进实现高达 500kHz 的单 PWM 步进控制
• 根据所选步长在开环中旋转或步进电机
• 用于电流限制的电压基准
• 用于配置驱动器设置并诊断驱动器故障的 SPI 接口（仅限 SPI 器件）
• 使用故障引脚进行故障检测

步进电机之所以得到广泛使用，是因为它们无需外部传感器或复杂的控制算法即可实现精细的位置控制。这称为开环位置控制，可用于允许步进电机根据系统要求进行连续运动，以保持转子位置固定。这些特性使得步进电机易于实现，并为系统设计人员提供了低成本设计。

步进电机通过为两相通电来换向，这需要两个全 H 桥来为每相电流提供电流方向和幅度。这用于移动步进电机中的转子，并根据应用进行位置和扭矩控制。双极步进电机还具有以“每全步进的度数”为单位的指定分辨率，用于指示在每个相位上施加完整电气周期时，步进电机将换向多少个机械角度。

通常，全步进 是指使用四个分度在所有四个电流方向上为两个绕组通电（以在指定机械周期内使步进电机换向）的完整电气周期。为提供更精确的位置和扭矩控制，非循环半步进 或循环半步进 可提供更高分辨率和电流调节能力，从而通过使用八个分度为两个绕组通电来平滑处理 电气换向模式。全步进和循环半步进电流波形如图 4-1 所示。利用微控制器的 GPIO 或 PWM 引脚和具有 PWM 接口的简单步进驱动器，可轻松实现这些全步进、非循环半步进和循环半步进方法。

图 4-1 步进电机控制中的全步进和半循环步进

可通过一半的因数（1/4、1/8、1/16、1/32 等）乃至小到 1/256 的因数来实现较小步长，从而产生正弦电流驱动，并降低在步进电机中实现的噪声和扭矩。使用小于 1/4 的步长通常称为微步进，因为分度器和电流调节用于实现离散间隔，以精确控制位置和扭矩。图 4-2 展示了使用 1/16 微步进的示例。微步进在软件中较难实现，因此，要实现低噪声、高精度的步进驱动，建议使用智能步进电机驱动器以及具有单 PWM 和模拟集成的简单 MCU。

图 4-2 步进电机控制中的微步进