本文主要介紹利用SPMC75F2413A單片機來開發(fā)直流變頻洗衣機的原理和方法。

關(guān)鍵詞：直流變頻 凌陽單片機 
 
1 引言
    洗衣機是一種在家庭中不可缺少的家用電器，發(fā)展非?？?，全自動式洗衣機因使用方便得到大家的青睞，全自動即進水、洗滌、漂洗、甩干等一系列過程自動完成，控制器通常設(shè)有幾種洗滌程序，對不同的衣物可供用戶選擇。變頻控制依其高性能、節(jié)能等優(yōu)點在洗衣機的控制中得到廣泛應(yīng)用，下面介紹采用凌陽科技公司的SPMC75F2413A和SPCE061A單片機來設(shè)計的直流變頻洗衣機的控制系統(tǒng)。

2 芯片特性簡介
    SPMC75F2413A是凌陽科技公司開發(fā)的用于變頻驅(qū)動的嵌入式16位微控制器，適用于變頻電動機驅(qū)動、電源、家電和車內(nèi)風(fēng)扇控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。
特性包括：
◆ 凌陽16位u’nSP處理器(ISA 1.2)
◆ 工作電壓：4.5V～5.5V
◆ 最高運行速度：24MHz
◆ 工作溫度： -40 ℃～85 ℃
◆ 芯片內(nèi)存儲器：
   32KW (32K×16) Flash
   2KW (2K×16) SRAM
◆ 基于時鐘發(fā)生模塊的鎖相環(huán)電路
◆ 看門狗定時器
◆ 10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器
   8通道輸入
   10us (100kHz)轉(zhuǎn)換時間
◆ 串行通訊接口
   通用異步串行通訊接口(UART)
   標(biāo)準(zhǔn)外圍接口(SPI)
◆ 64（QFP80）/53（QFP64、SDIP64）個通用輸入輸出管腳
◆ 電源管理
   2種低功耗模式：Wait/Standby
   每個外設(shè)都可以獨立的供電
◆ 兩個比較匹配定時器
◆ 5個16位通用定時器
   2個用于驅(qū)動電機的脈寬調(diào)制輸出(互補的3相6路脈寬調(diào)制輸出) 
   2個用于速度捕獲
   1個用于速度反饋環(huán)
◆ 中心(center)或邊沿(edge)脈寬調(diào)制輸出
◆ 通過外部錯誤保護管腳進行脈寬調(diào)制輸出保護
◆ 可編程的死區(qū)控制(Dead time control)
◆ 脈寬調(diào)制服務(wù)和錯誤中斷發(fā)生
◆ 具備驅(qū)動交流感應(yīng)電機和直流無刷電機的能力
◆ 內(nèi)嵌在線仿真功能（ICE）

3 系統(tǒng)總體方案介紹
    整個系統(tǒng)主要由兩部分組成：由SPMC75F2413A控制的DMC控制板和由SPCE061A控制的PANEL板，兩者之間的連接系統(tǒng)方塊圖如圖3-1所示。

圖3-1   變頻洗衣機系統(tǒng)組成框圖

    PANEL控制器采用16 位SPCE061A控制器，主要完成的功能有：按鍵掃瞄、狀態(tài)顯示與通訊。洗衣機的控制通過按鍵輸入來選擇操作模式，并可設(shè)定選擇水量、預(yù)約時間，詳細設(shè)定洗衣、洗凈及脫水的參數(shù)；電源按鍵鈕為起始與驅(qū)動控制電路板的連接，起動或暫停鍵為運轉(zhuǎn)洗衣機或暫停。運轉(zhuǎn)過程中的剩余時間透過7 段顯示器來顯示。
    DMC 控制器采用16 位SPMC75F2413A 單芯片控制器，主要完成的功能有：偵測馬達轉(zhuǎn)子的位置訊號，以120 度方波驅(qū)動PWM 方式驅(qū)動直流無刷馬達。

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計
    系統(tǒng)控制包括DMC控制板和PANEL控制板兩部分，下面主要介紹DMC控制板硬件設(shè)計。
4.1 電源電路
    圖4-1為EMI 電源濾波器與單相全橋整流器電路，AC 電源輸入接頭為CON1，電壓為220VAC，電源輸入端通過突波吸收器ZNR3以避免過大的電壓突波損壞器件，C8 與C12 串聯(lián)后連接至接地點，通常也可以連接至機殼。透過全橋整流器DB1整流、C13 濾波后可得到輸出直流電壓。

圖4-1  EMI 電源濾波器

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  圖4-2為DC/DC電源供應(yīng)電路，電源供應(yīng)器的輸出側(cè)電源為P+18V 與+12V。P+18V 電源輸出后分別透過IC21與IC22 產(chǎn)生P+15V 與P+5V，以供給IPM 功率模塊的工作電壓。而+12V 經(jīng)線性穩(wěn)壓器IC20產(chǎn)生+5V 電源供給SPMC75F2413A 等數(shù)字電路的工作電壓。

 
圖4-2   DC/DC電源供應(yīng)電路

4.2 MCU控制電路
    圖4-3為MCU控制電路，此部分的電路主要是以u’nSP  SPMC75F2413A 微控制器為主，CON5連接在線調(diào)試、仿真器ICE。

圖4-3  MCU控制電路

4.3 IPM馬達驅(qū)動電路
    圖4-4為IPM馬達驅(qū)動電路，因為驅(qū)動的馬達為三相變頻，因此一般來說微控制器需具備能夠輸出6 個PWM 訊號的能力，SPMC75F2413A 在芯片硬件上可由MCP 與PDC 定時器模塊完成此功能。IPM 模塊內(nèi)集成了驅(qū)動回路與過電流檢測電路，MCU 的PWM 輸出訊號通過光耦送到IPM 模塊，但在實際應(yīng)用上需考慮到對MCU 的保護以及與快速地對IPM 模塊產(chǎn)生高阻抗訊號，光耦的正常驅(qū)動，因此在電路中加入了IC12 的緩沖電路；過電流回饋訊號經(jīng)光耦合器后連接到FTINx 的輸入腳，以求能夠?qū)PM 模塊快速地保護。D5、D6、D7、C37、C40 與C43 產(chǎn)生組成自舉電路提供IPM上臂開關(guān)的驅(qū)動信號。

圖4-4  IPM馬達驅(qū)動電路