单片机直连电机，你这样做过吗？单片机和电机能不能直连呢？本期贸泽科普实验室，我们就为大家来验证了——

上面视频里，实验表明单片机是可以直连驱动电机的。

是不是意味着单片机能直接驱动所有的电机呢？

当然不是。

不知道大家注意到没有，视频里的电机是非常迷你的，与我们在其他电子产品里常见到的电机相比，在体格上有非常大的差距。

这个小电机的额定电压是3.3V，额定电流4mA。想要让它转起来，首要条件就是单片机IO口的输出电压和电流要满足电机的额定电压和额定电流。

以STM32F103单片机为例，在输出电压特性表可以看到，STM32F103的I/O输出高电平的电压在VDD-0.4V至VDD，以3.3V供电的话，那么I/O口的高电平电压在2.9V至3.3V之间。

图源：STM32F10xxx参考手册

而在STM32F103的输出驱动电流说明表中，可以看到I/O输出拉电流是8mA，输出灌电流是25mA，流经芯片的总电流不得超过150mA。

图源：STM32F10xxx参考手册

这样看来，STM32F103的IO口直连小电机，完全是没问题的！但是，问题来了——

小电机，也就是直流有刷电机是感性设备，在电机运转的过程中，会产生反电动势，用示波器测量，供电使用3.3V的话，产生的反电动势峰峰值达到了10V左右。这个反电动势会全部加在单片机的I/O口上。

结合单片机的I/O结构来看，此时反电动势全部由保护二极管消耗，一旦保护二极管损坏，单片机的I/O也会直接玩完。

所以，对于功率小的电机，虽然使用单片机I/O可以直接驱动，但用不了多长时间，单片机I/O就会损坏。而对于功率大的电机，单片机是无法直接驱动的。

那单片机应该如何正确的驱动电机呢？

不同的电机，驱动方式也是不同的，以我们常见的直流有刷电机、直流无刷电机、直流步进电机为例。

01、直流有刷电机的驱动

如果只是控制电机转动速度，不控制电机旋转方向，单片机+1个MOS管即可。单片机的的1个IO口，连接MOS管的G极，如下图：

当MOS导通，电机旋转，当MOS关断，电机停转，电机产生的反电动势通过二极管D1消耗，起到保护电源的作用，当需要控制电机速度时，只需要单片机控制PWM的占空比就可以了。

如果既要控制方向，又要控制速度，就需要使用单片机+H桥。

单片机的4个IO口，即上图的PWM1,2,3,4，分别连接H桥4个MOS管的G极。通过控制单片机IO口输出电平，可以让4个MOS按照一定的顺序导通。当Q1和Q5导通，电机正转，当Q2和Q4导通时，电机反转。需要控制电机速度时，只需要单片机控制PWM信号的占空比就可以了。

02、直流无刷电机的驱动

直流无刷电机通常有2个重要组成部分，电机主体和驱动器。单个电机是无法运转的，直流无刷电机的定子绕组会做成三相对称星形接法，转子通常由n对磁极的永磁体构成，根据转子运转形式，有可以分为内转子和外转子。

直流无刷电机的驱动分三种情况：

第一种，驱动器和电机集成的。要想直流无刷电机运转，必须有驱动器。一些小型无刷电机，驱动器和电机是集成的，例如下面这种散热风扇，我们在使用的时候只需要连接电源就可以运转。

第二种，电子调速器，像无人机上常用的直流无刷电机，就需要外接电子调速器并且给控制信号才能工作。

第三种，使用闭环控制，通常在工业运动控制中使用，电机内部集成了3相霍尔传感器，用来检测转子位置和转速，同时，配套的驱动板也比较复杂，集成了很多信号采集和电机保护功能，可以控制直流无刷电机的转速、转矩、方向等。

03、步进电机的驱动

步进电机运转必须有步进电机驱动器，而步进电机驱动器种类是很多，对于功率比较小的步进电机，就可以使用单片机，外加ULN2003或者MX1508来驱动，这种驱动比较繁琐，每一相的脉冲信号时序都要自己去控制。

还有一种就是使用集成驱动芯片设计的步进电机驱动器，例如TB6600、A4988等驱动芯片，这类驱动器驱动功率大、使用简单，控制只需提供速度、方向和使能信号，设定好驱动器参数，通过给定脉冲数量，就能使步进电机转动对应角度。

此外还有一种情况是驱动和电机一体的步进电机，这类步进电机还集成了编码器，一般应用在高精度的控制场合，这类步进电机可以通过串口通讯进行控制，也可以通过脉冲信号去控制。

关于电机驱动的问题，不是一篇文章就能说得完，由于篇幅有限，就介绍这么多了。总之，大家记住一点，单片机不能直接驱动电机，需要搭配合适的驱动电路才可以。

电动两轮车以其便捷、灵活、节能环保等优势，承载了大部分短途出行需求。随着智能技术的引进，电动两轮车在安全性、可靠性、舒适性、远程控制、数据传输等方面有更高升级需求。

电动两轮车主要由电机控制器、仪表盘、辅助电源、充电器及BMS等部件组成。为增加大量智能配置、提升产品竞争力，各电动两轮车厂商都积极寻求在性能、功耗、成本上更具优势的电机控制器主控芯片，以满足更精准电机运转控制、大功率控制、动力与传动效率提升等多种功能需求。

APM32F035电动两轮车电机控制器方案介绍

极海从续航、智能化、人性化、性价比等电动两轮车主要指标考虑，推出APM32F035电动两轮车控制器应用方案，并已实现量产。该应用方案具备霍尔捕获、自学习、刹车、倒车、巡航、挡位调速、防盗报警等功能，从控制电路、采样电路、驱动电路、通信电路等硬件设计，以及系统级开发生态等方面进行验证与测试，整个系统能很好地满足电动两轮车设计指标要求。

极海电动车两轮控制器应用方案，采用APM32F035电机控制专用MCU，支持有感FOC矢量控制策略，集成多路运放、比较器，极大地精简外围电路设计，降低外部干扰，同步实现高效率、低噪声。APM32F035作为本方案的主控芯片，负责母线电压、电流、HALL等信号采样，执行电机控制逻辑，并接收上层应用下发的控制指令及回传运行状态反馈等。

APM32F035电动两轮车电机控制器应用方案实现框图

APM32F035通过挡位调速等方式下发相应的控制指令，同步对母线电压以及电机的相电流信号进行ADC采样，输入至MCU内部进行处理，并结合TMR2提供捕获到的霍尔信号结合内部算法计算获取实际运行角度，进而执行内部电机算法逻辑控制，随后通过Timer1输出3对互补的PWM信号至驱动芯片以及功率器件，进而驱动电机机运转，使电机更为高效、平稳、低噪声地运行。

APM32F035电动两轮车电机控制开发板

APM32F035电动两轮车电机控制器方案特点：

■ FOC矢量控制，减少能耗，提高续航

■ 集成运放和比较器，降低BOM成本

■ 支持霍尔学习，绝对零度检测，60°/120°霍尔安装方式，节省开发步骤

■ 支持霍尔补偿，提升电机运行效率

■ 采用转矩控制，对于负载变化响应迅速，能够额定负载坡起

■ 电子刹车和E-ABS，行驶更安全

■ 支持显示屏串口和CAN通讯，满足高端应用需求

APM32F035电机控制专用MCU关键优势：

● 基于Arm® Cortex®-M0+内核，72MHz高主频

● Flash 64KB,SRAM 10KB,BootLoader 4KB

● M0CP 协处理器:硬件配置包括移位、32bit/32bit 除法器、开方、三角函数等，用更短运算时间实现更复杂运算

● 模拟外设：OP-AMP×4,COMP×2,12-bit ADC×1

● 数字外设：SPI×1,U(S)ART×2,I2C×1,CANx1,DMA

● 电机专用PWM：支持互补、刹车,可与M0CP联动

电机是一个需求空间大、增长快速、应用广泛的领域。极海围绕各类电机应用持续丰富产品组合，即将推出内置200V 6N-Gate Driver栅极驱动的APMSPIN32F020高集成32位FOC矢量控制MCU、内置200V双N沟道的GHD3440三相电机专用栅极驱动器，并推出相应贴合市场需求的应用方案。我们完善的电机控制开发生态与快速响应的本地化技术支持服务，可帮助用户加速产品上市时间并保持差异化竞争力。

7月21日，由AspenCore主办的2023全球MCU生态发展大会，在深圳罗湖君悦酒店如期举行。同期举办的电机驱动与控制分论坛是一场面向电机行业上下游的专业盛会，汇聚业内众多技术专家，共话产业技术新趋势与应用新机遇。

极海个人消费芯片事业部资深应用工程师王衍绪，在本次论坛中发表了题为《APM32电机控制专用MCU，助力无刷电机控制应用方案创新》的精彩演讲，从技术层面介绍了极海电机控制专用芯片的产品规格、功能特性、电机开发生态等，并与业界嘉宾共同探讨极海面向无刷电机热门技术应用，及可提供的创新解决方案与配套的软硬件开发工具和算法平台，帮助广大工程师更快了解极海电机控制产品线与量产级解决方案。

会议同期，极海携APM32F035电机控制专用MCU新品精彩亮相，受到观众热切关注，纷纷来展台前驻足交流。现场还展示了APM32 工业级/车规级全系列 MCU，以及HUD抬头显示、通信电源、交流充电桩等热门应用方案。

技术赋能，极海电机控制专用MCU助力产品创新

无刷电机凭借节能、体积小、转速快、噪音小等优点，在电机应用市场中的占比不断扩大。但研发设计无刷电机时，常常无法兼顾完备控制算法与较短时间内的高效启动运行。极海紧跟市场动向并保持技术创新，我们看到电机市场变化快速且剧烈，最明显的趋势在于专用且复杂的控制算法与低功耗应用的紧密结合。

在会上，王衍绪分享了极海在电机市场的产品线布局，包括电机控制专用MCU与栅极驱动器等产品。一款合适的电机控制专用MCU须为电机驱动带来更高的性能、更多的功能、更快的响应速度以及更精确的控制精度，极海APM32F035电机控制专用MCU新品，从CPU频率、ADC采样频率、电机专用PWM性能、丰富外设、硬件加速协处理器、集成度等特性出发，在硬件层面上解决电机控制的复杂度与高性价比。

具体来说，APM32F035是一款高性能32位FOC矢量控制MCU，集成高速ADC、运放、比较器、SPI、U(S)ART、CAN、温度传感器等丰富外设资源，能有效提升电机控制性能，降低产品运行成本。该电机控制专用MCU基于Arm® Cortex®-M0+内核，主频高达72MHz，Flash 64KB，SRAM 10KB，BootLoader 独立4KB（支持USART升级）；内置M0CP协处理器，支持移位、32bit/32bit除法器、开方、SVPWM、三角函数等算法；采用电机专用PWM，实现互补、刹车功能，并可与M0CP联动；广泛应用于风机、水泵、电动工具、园林工具、电动两/三轮车等细分场景。

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量产级电机控制解决方案，在实战中释放更多价值

为契合行业结构升级，不断赋予电机新的功能属性，极海基于APM32F035电机控制专用MCU，开发了电动两轮车电机控制板、 强磁搅拌器、实验室离心机、燃气强排风机、管道换气扇、高压水泵、工业排气扇、高速吹风筒等新一代电机解决方案。

这些方案充分考虑整机系统的可靠性、续航、成本、运行速率、噪声、安全等升级要求，极具性价比，配备适用于电机控制应用的外设与内存，以及多种核心电机控制算法满足行业需求，助力用户释放更多应用价值。

领先的系统级生态服务能力，助力客户快速量产

极海具备完善的开发生态体系，提供灵活便捷、简单易用、丰富多样的软硬件开发工具，为广大工程师提供出色使用体验并快速实现量产。极海电机控制生态平台从应用层、中间层、器件层、硬件层、资深电机团体上提供全面的生态支持，包括客户支持、高低压通用电机平台、细分领域专用硬件、底层寄存器SDK、电机专用运算、多种算法选择、多种控制方式接入、以及全面的保护机制。

随着电机行业智能升级与产品迭代焕新，极海将继续开发并推出功能强大、质量可靠的电机芯片，满足用户功能差异化开发需求。除了提供MCU性能支持与多维度的量产参考方案，极海通过完善的开发工具配套如硬件平台、软件例程、调试工具，提供全面的技术支持服务，同时遍布全国的销售团队与经验丰富的FAE、AE团队为客户带来周到及时的开发支持。

本视频将介绍基于灵动MM32SPIN030C的低压吊扇方案。

BLDC控制概要

无刷直流(BLDC)电机是一种普及的电机类型，目前应用在家电，医疗，工业自动化设备和仪器等行业中。无论是日常设备或较复杂的机器常会使用到无刷直流电机(BLDC),才能将电能转换为旋转运动。两者原理类似, 但BLDC需要一个复杂的控制器来将直流电元转换为三相交流电源, 而有刷可以通过直流电压轻松控制。

BLDC 相对于传统有刷电机，使用电子换相代替了电刷换相，它有许多优点，其中包括：更宽的转速范围、更低的噪音、更快的动态相应、更高的效率。此外，由于输出转矩与电机体积之比更高，可以使用于更小空间和更轻重量的应用需求。再者，BLDC需要的维护也较少，因此和有刷直流电机相比寿命较长，与同等的有刷直流电机相比拥有更大的输出功率。因此在过去几十年中, BLDC马达也越来越受欢迎,且已在许多应用中取代有刷直流电机. (详见下表比较)

无刷直流电机(BLDC)和有刷电机之比较

无刷直流电机(BLDC / BLDCM: Brushless Direct Current Motor)克服了有刷直流电机的先天性缺陷，以电子换向器取代了机械换向器。

BLDC分有感和无感(sensorless)，在驱动方式上分方波和弦波控制。在采用通用MCU的方案中，需要一条条指令去实现方波/弦波的控制，开发周期长，也占用了MCU大量的效能。笙泉电机MCU方案只需简单的寄存器指令，即可实现完整且有效率的电机方波/弦波控制，轻松简单的解决了上述问题。

BLDC相关应用

笙泉科技推出的MDRHx系列包含MDRH05/ MDRH40 / MDRH A0，是高度集成的电机驱动控制器。该系统由无刷直流电机MCU和40~100V三相门驱动器组成，适用于直流40V或100V以下电机系统，其相关应用例如: 家用风机水泵、电信风机、伺服风机/离心风机、低压立扇、吸顶扇、空气净化器、低压空调排水泵、低压热水器强排、扫地机器人、电动工具 …等。

笙泉电机MCU作用于BLDC

MDRHx有感系列：内含8051内核MCU、MOC (Motor Controller:电机控制)、支持霍尔组件和霍尔IC、支持闭环速度控制。内建8K Flash/256B IRAM/256B XRAM、UART、8-ch ADC、PWM捕获、OCP(过流保护)。包括不含电源驱动与整合前驱(Gate-driver)的整合型方案，可满足完整高/中/低压型应用需求。

MDRH05：不含前驱

MDRH40：含40V P/N前驱

MDRHA0：含100V N/N前驱，5V LDO

笙泉BLDC MCU系列規格表: