关键词：单片机，计数器，波形扩展
现代电机控制需满足高精度、低延迟、强抗干扰等需求，尤其在无刷直流电机（BLDC）、永磁同步电机（PMSM）及步进电机驱动中，对时序控制与故障保护的要求更为严苛。AVR® EB系列MCU通过集成TCE、WEX与TCF三大核心外设，提供了一套完整的电机控制硬件支持方案：
- TCE定时器：实现高分辨率PWM波形生成，支持单/双斜率模式，适用于电机换相与电流调节。
- WEX模块：提供死区控制、互补输出及硬件级故障保护，确保功率器件安全。
- TCF定时器：24位异步计数器支持NCO模式，用于高精度频率生成，适合微步控制与谐振驱动。
这一集，Microchip的专家会为我们将详细介绍AVR® EB系列MCU中如何使用电机控制的专用硬件，使电机控制更易于实现。
嘉宾介绍
吴涛Tao Wu, 现于Microchip Technology Inc.（微芯科技公司）上海分公司任应用工程师。他于2022年加入Microchip，在嵌入式行业有着2年的工作经验。吴涛在嵌入式产品方面，有着丰富的研发及应用经验。他目前在Microchip负责8位单片机产品的应用。吴涛于2019年毕业于谢菲尔德大学，获得电子电气工程学士学位和计算机科学硕士学位。
AVR® EB MCU简介:
AVR的CPU核心，最高能跑到20MHz，而且支持1.8V到5.5V宽电压输入，确保能满足低功耗和多样化应用的需求，EB系列的MCU，推出16-32kb大小的flash来储存程序，2-3kb的SRAM来存储运行时的临时数据，以及512比特的EEPROM。
TCB，也就是B型定时器，它是AVR系列最基础的定时器之一。
B型，E型，F型和实时定时器，都具备最基础的功能，产生周期性的中断，计数和生成PWM波。他们还能用来捕获事件和进行故障检测。这些定时器支持多种应用，包括电机控制、LED 调光、电源转换、信号处理和安全监控方面，可确保精确计时并增强系统可靠性。
重点之一，E型的定时器，它是个16位的定时器，能够提供精确的计数和记时功能，所以能提高，比如，电机控制和信号生成的精度。基础的AVR定时器是只有一个比较通道来计数的，也就是能设定一个时间间隔来触发操作，PWM波也可以借此发生，E型定时器中有4个，意味着我们能用他来创建4个独立的PWM波形或者4个独立的定时事件，所以它能够高效的处理多任务应用。外设的内部集成了分数缩放寄存器，会对定时器中设定的比较值做额外的处理，能够实现更平滑和精确的PWM波形的控制。在高精度模式下，E型定时器的波形发生器能够放大4倍的时钟频率，考虑到上升和下降沿，它能生成最高8倍的精细控制，提供更平滑和精细的信号输出，适用于高精度的电机和DAC的应用。
WEX模块，为了针对不同类型的电机控制和其他电源控制应用，在AVR EB系列中添加了波形扩展器，是E型定时器的拓展。
他能直接使用E型定时器的4个比较通道，而且每个通道都具备生成互补的PWM信号的能力，主要应用于像半桥和全桥电机的控制。这个模块内部集成了4个死区插入单元，能够为互补的的PWM信号对产生一个都拉低的区域，防止信号重叠，避免出现短路。靠近输出方面，它有模式生成单元，它能协调和同步这8个PWM波的输出，非常适合作为LED和别的显示的驱动。框图最下面的是事件系统，用来管理和控制可预测的故障，确保快速响应故障的出现。尤其是在电机驱动或电源管理这种容易短路烧毁器件的应用中。
用上這两个外设是因为普通的定时器是不会集成4个比较通道，无法同时生成4个pwm信号。而且通过WEX波形扩展，每个PWM信号都能生成一对互补的pwm信号，不仅能驱动大部分类型的电机和电源转换电路，还能精确控制电机和功率管。死区的加入，也能防止应用中的电路被击穿风险。
电机控制应用:
用来控制电机的梯形波形，我们就是用这对互补的PWM波形来生成。为了更有效的驱动电机，一般会设置10%-90%的占空比，来控制电机。三相无刷电机其实会用到了3组这样互补的PWM波，所以必须每60度来修改每组PWM信号的占空比。
最终通过图中3组这样互补的PWM信号，来实现电机的控制。这只是电机控制的一种方法，还可以在AVR EB上实现正弦控制方式，来控制无刷直流 (BLDC) 电机。它通过生成连续的正弦波形而不是离散步进来实现更平稳、更高效的电机运行。这种方法可以最大限度地减少扭矩波动、降低噪音并提高效率，对于需要精度和平稳运动的电机应用场景来说，是尤其重要。
开发工具和支持:
AVR EB单片机的结构，最上面部分是AVR的核心CPU和内存还有闪存部分， 下面的部分是EB系列单片机集成的外设，红色框框标出的是我们用来控制电机和外部通讯所需要的外设。
Microchip MCC电机控制的软件库会直接使用这些硬件外设，这个库可以被分成4部分, 最底层部分当然是外设驱动代码，这一部分，开发人员能够根据他们的硬件做调整的, 中间驱动层是电机所需要的PWM驱动代码，用来监视电机速度，反电动势采样和保护硬件的感应驱动层和模拟驱动层的代码。还有用来处理电机错误的驱动层代码。这几个驱动组合起来形成了我们的电机控制库。开发人员就可以直接调用控制接口来开发电机应用，并用串口监视电机状态。
一些例程和应用手册，来帮助开发人员能够更加高效快捷的开发电机应用。
结语
AVR® EB系列MCU凭借其高集成度的定时器外设（TCE/WEX/TCF）与硬件级安全保护，为电机控制提供了从简单梯形换相到复杂FOC算法的全栈解决方案。结合Microchip成熟的开发工具链，工程师可快速实现高可靠性、高能效的电机驱动系统，广泛应用于工业自动化、智能家电与消费电子领域。
相关技术文档资源如下：
- Microchip AVR EB系列微控制器产品
- DigiKey AVR EB系列微控制器产品
- DigiKey Microchip PIC AVR微控制器产品
- Github例程: AVR16EB32 BLDC电机驱动演示
- EV73J36A- AVR16EB32 Curiosity Nano评估板
- TB3339 – E 型定時器/計數器 (TCE) 與波形擴充 (WEX) 应用笔记
更多Microchip产品相关内容，请浏览得捷电子网站：
小编的话：
正如视频所介绍的，AVR® EB系列MCU的定时器和波形扩展模块能够在提升效率的同时降低噪音，确保电机控制系统的稳定运行，有效提高系统可靠性。而该系列MCU的完整的开发工具，也能够助力开发者快速完成原型开发和代码生成，从而显著缩短产品开发周期。您是否正在使用AVR® EB的这两个外设来设计电机控制？您在设计过程中有哪些经验或者疑问？欢迎留言，分享交流！
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