选择适合某个产品使用的微处理器是一项艰巨的任务。不仅要考虑许多技术因素，而且要考虑可能影响到项目成败的成本和交货时间等商业问题。

在项目刚启动时，人们经常压抑不住马上动手的欲望，在系统细节出台之前就准备微控制器选型了。这当然不是个好主意。

在微控制器方面做任何决策时，硬件和软件工程师首先应设计出系统的高层结构、框图和流程图，只有到那时才有足够的信息开始对微控制器选型进行合理的决策。此时遵循以下10个简单步骤可确保做出正确的选择。

步骤1：制作一份要求的硬件接口清单

利用大致的硬件框图制作出一份微控制器需要支持的所有外部接口清单。有两种常见的接口类型需要列出来。第一种是通信接口。

系统中一般会使用到USB、I2C、SPI、UART等外设。如果应用要求USB或某种形式的以太网，还需要做一个专门的备注。这些接口对微控制器需要支持多大的程序空间有很大的影响。

第二种接口是数字输入和输出、模拟到数字输入、PWM等。这两种类型接口将决定微控制器需要提供的引脚数量。图1显示了常见的框图例子，并列出了对I/O的要求。

步骤2：检查软件架构

软件架构和要求将显著影响微控制器的选择。处理负担是轻是重将决定是使用80MHz的DSP还是8MHz的8051。就像硬件一样，记录下所有要求非常重要。

例如，是否有算法要求浮点运算?有高频控制环路或传感器吗?并估计每个任务需要运行的时间和频度。然后推算出需要多少数量级的处理能力。运算能力的大小是确定微控制器架构和频率的最关键要求之一。

步骤3：选择架构

利用步骤1和步骤2得到的信息，一个工程师应该能够开始确定所需的架构想法。8位架构可以支撑这个应用吗?需要用16位的架构吗?或者要求32位的ARM内核？在应用和要求的软件算法之间经常推敲这些问题将最终得出一个解决方案。

不要忘了还有未来的可能要求和功能扩展。只是因为目前8位微控制器可以胜任当前应用并不意味着你不应为未来功能扩展甚至易用性考虑16位微控制器。

记住，微控制器选型是一个反复的过程。你可能在这个步骤中选择了一个16位的器件，但在后面的步骤中发现32位ARM器件会更好。这个步骤只是让工程师有一个正确的考虑方向。

步骤4：确定内存需求

闪存(flash)和RAM是任何微控制器的两个非常关键的组件。确保程序空间或变量空间的充足无疑具有最高优先级。选择一个远多于足够容量的闪存和RAM通常是很容易做到的。

不要等到设计末尾时才发现你需要110%的空间或者有些功能需要削减，这可不是闹着玩的。实际上，你可以在开始时选择一个具有较大空间的器件，后面再转到同一芯片系统中空间更小些的器件。

借助软件架构和应用中包含的通信外设，工程师可以估计出该应用需要多大的闪存和RAM空间。不要忘了预留足够空间给扩展功能和新的版本!这将解决未来可能遇到的许多头疼问题。

步骤5：开始寻找微控制器

既然对微控制器所需功能有了更好的想法，现在就可以开始寻找合适的微控制器了!像艾睿、安富利、富昌电子等微控制器供应商是寻找微控制器的一个很好的起点场所。

与这些供应商的现场应用工程师讨论你的应用和要求，通常他们会向你推荐一款技术领先又能满足要求的新器件。不过要记住，他们可能有推销某个系列微控制器的冲动!

第二个最佳场所是你已经熟悉的芯片供应商。例如，如果你过去用过灵动微电子的器件，并有丰富的使用经验，那就开启他们的网站吧。

大多数芯片供应商都有一个搜索引擎，允许输入你的外设组合、I/O和功耗要求，搜索引擎会逐渐缩小器件范围，最终找出匹配要求的器件清单来。工程师随即可以在这个清单中仔细选择出最合适的一款微控制器。

步骤6：检查价格和功耗约束

到这时，选型过程应该得出许多潜在的候选器件了。这时应认真检查它们的功耗要求和价格。如果器件需要从电池和移动设备供电，那么确保器件低功耗绝对是优先考虑的因素。

如果不能满足功耗要求，那就按清单逐一向下排查，直到你选出一些合适的来。同时不要忘了检查处理器的单价。虽然许多器件在大批量采购时会接近1美元，但如果它是极其专用或高端的处理机，那么价格可能很重要。千万不要忘了这一关键要素。

步骤7：检查器件的可用性

至此你手头就有了一份潜在器件清单，接下来需要开始检查各个器件的可用程度如何。一些重要事项需要记住，比如器件的交货期是多少？是否在多个分销商那里都有备货，或者需要6至12周的交货时间？你对可用性有什么要求？你不希望拿到一份大定单却必须干等3个月才能拿到货吧。

接下来的问题是器件有多新，是否能够满足你的产品生命周期需要。如果你的产品生命周期是10年，那么你需要找到一种制造商保证在10年后仍在生产的器件。

步骤8：选择开发套件

选择一种新的微控制器的一个重要步骤是找到一款配套的开发套件，并学习控制器的内部工作原理。一旦工程师热衷于某种器件，他们应寻找有什么可用的开发套件。

如果找不到能用的开发套件，那么这种器件很可能不是一个好选择，工程师应该重新退回去寻找一款更好的器件。目前大多数开发套件不到100美元。支付比这个价格高的费用(除非这种套件能适应多种处理器模块)实在有些冤枉。换一种器件也许是更好的选择。

步骤9：调查编译器和工具

开发套件的选择基本上限制死了微控制器的选型。最后一个需要考虑的因素是检查可用的编译器和工具。大多数微控制器在编译器、例程代码和调试工具方面有许多选择。

重要的是确保所有必要的工具都可用于这种器件。如果没有得心应手的工具，开发过程将变得异常艰苦且代价高昂。

步骤10：开始试验

即使选定了微控制器，事情也不是说一成不变了。通常拿到开发套件的时间远早于第一个硬件原型建立的时间。要充分利用开发套件搭建测试电路、并将它们连接到微控制器。

选择高风险的器件，设法让它们与开发套件一起工作。随后你可能会发现，你认为能很好工作的器件存在一些不可预见的问题，然后被迫选择另外一种微控制器。

在任何情况下，早期的试验将确保你做出正确的选择，如果有必要做出改变，影响将降至最小！

作者：代文豪、罗克露、雷健

在不断的发展的 MCU 嵌入式系统领域中，软件危机所带来的危害也日渐显现。如何利用软件重用的相关方法来解决这一问题成为当今研究的热点。领域分析是识别、捕捉、组织、分析和表示软件域中相关信息，确定软件的体系结构、框架和构件，以支持软件重用的软件工程过程，是解决重用问题的关键技术之一。通过对领域分析的相关概念、方法、过程以及产品的研究，从而得出在 MCU 嵌入式系统领域进行领域分析的相关方法以及经验。

1、前言

MCU(Micro Controller Unit)，又称单片机（Single Chip Microcomputer），是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的 CPU、RAM、ROM、定时数器和多种 I/O 接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机。当前 MCU 嵌入式系统之间各自封闭开发，不同系统之间的重复工作比较多，大大增加了软件开发的成本和周期，同时系统的可靠性却得不到保证，MCU 嵌入式开发面临着软件规模和复杂性迅速扩大、开发时间紧张，同时又要保证开发质量的问题。因此，迫切需要新的嵌入式软件开发技术。

1968 年，Mellroy 在其论文“大量生产的软件构件”中首次提出软件复用的思想，其目的在于探索利用“为了复用目的而设计的软件成分”生产软件的过程，得到人们的高度关注。在各种软件重用方法中，基于构件的软件开发技术（Component-Based Software Development CBSD）也是人们研究的热点，并且在实践中也取得了良好的效果。

构件化的软件过程可以分成领域工程（开发构件）和应用过程（使用构件开发应用程序）两个独立的子过程。领域工程是可复用软件资产生产的主要技术手段，它包含领域分析、领域设计和领域实现 3 个阶段。在整个软件的复用过程中，领域分析是其关键，只有通过领域分析才能得到相似系统中的可复用资产（领域模型、软件体系结构、可复用构件等）从而进一步支持领域中新系统开发的复用。因此形成在 MCU 嵌入式系统中的有效的领域分析方法是极为重要的。

2、MCU 嵌入式系统开发模式及现状

2.1 MCU 嵌入式系统开发的模式

目前 MCU 嵌入式系统的软件流程基本以包含人机界面处理的主流程（缓处理）、外部非同步中断处理（急处理）、时序输入为中心，再加上机芯控制处理（按照一定规则处理）等各种其他控制组成。MCU 每完成一种功能，其处理过程都遵循 IPO 模式（Input,Process,Output），如图 1 所示。

对于每个模式来说，它的输入参数，输出结果都是固定的格式，所以对于一个成熟的模式来说，它的行为是确定的，约束是明确的。因为这些特点，可以很明显地观察到MCU 嵌入式系统领域所具有的内聚性，和稳定性。

因为领域的内聚性，我们可以使用相对较少的、有限的可复用信息来反应整个领域的需求，以及应用。因为领域的稳定性，我们通过领域工程所得到的成果，可以对进行领域工程所花费的人力、物力在将来的工作中得到补偿。

2.2 MCU 嵌入式系统开发的现状

MCU的应用能够深入人类生活的各个方面，关键的原因在于能够通过对软件的灵活定制以达到不同的功能从而针对不同的应用。随着功能的日益增长，MCU 嵌入式系统的开发难度也随之加大。如果内藏ROM 容量在8K 字节之内，有经验的技术人员可以单独一人花费2-3 月用汇编语言进行软件开发，而超过16K 的ROM 想要单独完成会更有困难。特别在消费电子领域，产品的更新换代从以前的年为单位到现在的以月甚至以周为单位，这
导致在以产品质量为生命的企业中，发生质量问题而不得不大量召回产品造成巨大损失的情况屡见不鲜。值得注意的是，在开发中，有经验的开发者通常会选择性的复用以前的工作成果（代码、软件体系、工具、文档），但这种复用一般是个人的，复用的来源也是个人以前的经验成果。在一个特定的领域中，例如一个企业中，这样的复用是经常性的，它们有着以下的特点：

1、一个领域内可复用的资源和复用的机遇是非常多的，但通常情况下无法对可复用资源进行管理，无法决定何时复用以及复用的方式，从而无法对产品的质量进行有效控制。

2、一个领域内掌握某种复用资源的往往是个体，复用资源无法共享，造成资源的浪费和生产力不能进一步的提高。

3、由于掌握资源的个体的离开，导致资源的损失；新加入的个体无法系统地取得这些资源，而导致工作效率的降低。

这种复用被称为个人复用（ad-hoc reuse）。如果能够对领域内资源进行有效的整合，通过更有效的方式进行管理、复用，将能进一步提高软件产品的生产效率、降低生产成本以及提高产品的质量，这种方式被称为系统复用（systematic reuse）。领域工程正为解决这一系列的问题提出了解决方案。

3、领域工程与领域分析

3.1 领域的含义

领域是指一组具有相似或相近软件需求的应用系统所覆盖的功能、问题、问题解决方案或知识区域。领域可分为水平领域和垂直领域：水平领域是指根据应用系统内部模块的功能性分类而得到的相似问题空间，如数据库系统、工作流系统等；垂直领域是指具有相似业务需求的一组相似应用系统所覆盖的业务区域，而我们的MCU 嵌入式系统领域则属于垂直领域。

3.2 领域工程

领域工程是为一组相似或相近系统的应用工程建立基本能力和必备基础的过程，它覆盖了建立可重用的软件构件的所有活动。领域工程对领域中的系统进行分析，识别这些应用的共同特征和可变特征，对刻画这些特征的对象和操作进行选择和抽象，形成领域模型，依据领域模型产生领域中应用共同具有的体系结构，即特定领域的软件体系结构(Domain Specific Software Architecture DSSA)，并以此为基础，识别、开发和组织可复用构件。

在进行领域工程的活动中，通过对领域相关知识进行系统的交叉对比，能够形成一系列的标准。这些标准对构件的选用，以及新构件的产生形成规约，从而指导和规范新产品的开发。同时，由于这些选择是经过了长期时间和实践的论证，所以这些标准也是具有科学性的。当我们要进行同一领域新系统的开发时，只需要根据领域模型，确实新的需求规约，再根据特定领域的软件体系结构形成新的系统设计，并依据相关的标准选取，构造构件，组装到新系统中。这样新系统的质量以及开发效率都将得到可靠的保障，公司也能通过对行为的规范对整个开发流程进行管理、监控。

3.3 领域分析的含义及方法

在系统化的软件复用中，充分的可复用信息的存在是非常重要的。这些信息需要被显示地表示，以便在开发过程中被复用。这些可复用信息，和为方便地定位和操作它们的一些辅助信息一起构成了复用基础设施。领域分析的目的是为了建立这些可复用的基础设施，它的含义是指“识别、捕获和组织特定领域中一类相似系统内对象、操作等可复用信息的过程” 。

领域分析的三个关键过程为：①领域边界确立：通过对已有技术资料，典型系统的分析上，综合领域专家的意见，定义出领域分析的范围和边界，同时收集开展领域分析工作的必要信息；②领域建模阶段：根据在领域边界确立阶段得到的领域边界以及收集到的领域内相关信息，利用相应的建模知识和工具建立具备描述领域内应用系统数据和能力共性与变化性特征的领域模型；③软件体系结构建模阶段：通过已经得到领域模型，以及领域内设计的相关标准建立描述领域内特定问题解决方案的软件体系结构模型（DSSA）。

4、MCU 嵌入式系统领域分析方法

4.1 MCU 嵌入式系统领域的领域边界确定

在这里，并不是打算选择一个适合所有MCU 系统开发的领域，而是选择一个相对狭小的领域，如家电制造行业中的空调行业。在这样的行业中，由于产品要实现的基本功能在很长一段时间内基本固定，客户的需要相对稳定，使得针对同类产品的领域中，有很多的功能是相同的，软件的体系结构是相同的。这为领域分析提供了非常有利的条件。在对这些领域进行分析的时候，资料主要来源于本领域中的典型系统、领域专家的建议、工程师的经验、客户需求、硬件厂商提供的开发包、控制理论、该领域的发展历史以及发展趋势等。当收集完这些资源后也就够成了领域分析的上下文环境，也就是领域的边界。

4.2 MCU 嵌入式系统领域的领域建模

领域模型的意义在于对领域的信息通过组织，以一种令人更容易接受的方式所表现出来。它包括形式化的模型和非形式化的信息，前者是一种对解决方案的描述，后者是对领域知识的补充。对于我们所选择的领域来说，一个具体行业的软件体系结构本身就是相对稳定的，对于具体的每款产品，实现的功能会有一些细小的差别。常见的情况是，当一个原型机出现后，会在原型机上进行诸多的改款，以适应市场客户不同的需要。所以针对于这样的领域特点，我们对这阶段的过程有如下的建议：

1、形式化的模型：采取面向特征的领域模型。特征的定义一般来说是用户或客户可感知的系统特点。但各个组织也可以根据自身的特点来组织选择领域模型。

2、领域字典：领域字典是通过和领域专家的对话，以及对相关的标准进行分析而得到。领域字典的作用是为领域的参与者提供一个准确方便的交流环境。

3、统一的标识：利用一种标准化的，通用的符号系统对领域内的概念进行描述。

4.3 MCU 嵌入式系统领域的软件体系结构

DSSA（特定领域的软件体系结构）不是单个系统的表示，而是能够适应领域中多个系统的需求的一个高层次的设计。它包含构件以及构件互联的规则。当开发本领域的一个新系统时，可以使用这些构件，并且按照这些规则构成满足当前系统需求的特定的系统结构。在DSSA 中有个比较重要的概念就是参考体系结构，它的目的是实现体系结构的复用。图2 给出一种空调控制器领域的参考体系结构（部分）。

在上图中，每一个方框代表一个构件。它的下属代表对上一个构件分解而得出的子构件。由多个子构件可以构成一个规模更大的构件，这样能够支持更高效的复用。

在 DSSA 中还包括有一些的需求规约，以及对接口的描述和标准。对于MCU 嵌入式系统领域，由于诸多外设的接口是存在行业标准的，所以如何让控制这些硬件的软件也能够按照一个统一的行业标准来编写是必要而且可行的解决办法。根据标准所编写的软件可以很容易地提取成构件并使用在我们的系统之中。在实践中我们发现，从以下几个方面对这种标准进行约定是可行的：

1、软件的适用范围：如 MCU 类型、应用方案等；

2、外设的硬件特性及使用方式；

3、外设控制流程的规范化：包括有算法和流程图；

4、接口参数的标准化：命名规则、类型、长度等；

5、 一些相关的注意事项：如为适合国家法规而作的一些限制、相关安全性的要求；

5、总结

本文通过对领域分析的概念，方法的介绍，针对MCU 嵌入式系统领域的特点，引出一种适用于MCU 嵌入式系统领域的领域分析方法。该方法已经应用到作者现阶段正在进行的项目中。通过实践已经证明这是一条可行而有着巨大潜力的道路，如何结合更多的手段去达到我们的目的将是今后工作的重点。

机器中使用的电机大小不一，有的比手指还小，有的比卡车还大。 无论是在仪表上定位指示器，还是驱动机车，对于需要能够相当快地切换高电压和电流的控制电路来说，这些电感负载会对其造成严重破坏。

检测电机状态时同样如此。 例如，由于随着驱动器波形切换极性和负载而形成的电动势反冲，串联式电流传感器会承受巨大的尖峰和浪涌。 此外，这些电机感应数据必须实时可靠，才能实现更精确的应用，如医用输液泵和给药系统。

本文将介绍一些可用于将电机（及重电感负载）与驱动器和感应电路隔离的技术。

时间间隙

最简单的隔离技术实际上是半隔离解决方案。 它基于这样一个事实：当继电器或接触器处于打开位置时，会形成一个与电流回路串联的气隙，具有接近无穷大的电阻。 这是一种很好的隔离形式。

但是，当继电器或接触器切换到“接通”位置时，将不会发生电流隔离。 如果控制板与驱动电源一样参考相同的接地，那么任何噪声影响也会参考相同的接地。 这不仅使接地浪涌干扰控制电路，还会抵消在传感器级使用的任何共模噪声滤波技术效果。

传感解决方案可以使用滤波、衰减、增益和箝位技术来保持非电隔离，但仍受到保护。 例如，由于随着驱动器波形切换极性和负载而形成的电动势反冲，串联式电流传感器可承受巨大的尖峰和浪涌。

在双向感应中，隔离是必须的。 这意味着，电机、传感器和驱动器全部能够以相互参考的方式有效浮动。 实际上，系统将在某一点（如地面）使用并参考一个主要接地。 但是，为了进行实际分析，它们均被隔离。

隔离选项

有几种很好的技术和方法可帮助我们保护驱动器和感应电路。 在设计阶段使用的一种简单方法就是，确保您的设计中存在滞后（图 1）。 该时间窗可防止在使用绝对阈值时发生状态振荡。

一种经验证有效的常见技术是光伏隔离，也称为光电隔离。 集成的单芯片器件提供了良好的性能水平，可进行级联以使用低电平逻辑信号来控制非常高的功率水平。

此外，各种有用的输出级（包括数字输出、开集、达林顿复合晶体管、开漏、栅极驱动器以及双向可控硅和 SCR）都集成到了这些隔离器件中。

与变阻器、浪涌抑制器和瞬态抑制器结合使用时，光电隔离是一种很好的技术，使各零件保持高达 50,000 V 的隔离，例如 TT Electronics OPI150使用轴管结构来处理非常高的电压水平（图 2）。 请注意，在某种情况下，电压会变得足够高并在单片器件上的引脚间产生电弧，特别是在具有细间距的小型封装中。

另外，单个封装中采用多个隔离器成为单独控制三相电机的有效解决方案。 请注意，所有 LED 驱动器应与隔离式电源轨位于同一侧。 例如，不要使用四通道器件中的三个驱动器来驱动三相电机的线圈，且不要使用第四个驱动器作为转速计接回控制器。 请对转速计使用单独的光电隔离器。

固态继电器也利用光电隔离，并将各种出色特性（如 AC 输出）与过零和电阻控制的版本相集成。

此外，20 mA 至 160 A 的电流范围可直接由逻辑驱动。 例如，Crydom HDC200D160 固态继电接触器。 适合 4 至 32 V 输入，采用 SPST 配置，高达 160 A 的输出电流水平可使用内部 2.5 KV 光电隔离器在“开”、“关”或基于 PWM 的配置中进行切换。 请注意，在全电流条件下即使导通电阻低至 4 mΩ，此零件也需要耗散 100 瓦。

深入了解

光伏隔离除了用于隔离驱动和控制之外，还可用于隔离监控电机速度、加速度、电流、相位角等数据并将之传回的传感器系统。 此时会变得有点困难，因为还会传递模拟信号，而不仅仅是数字开/关控制。

一种可有效使用的技术是压频转换。 一经标准化和线性化，传感器的值便会馈送到压控振荡器，从而促使光电隔离器回到控制器板。 控制器通过累加门控计数来恢复该值。

类似地，也可以使用脉冲宽度调制，而脉冲宽度对应于标准化范围内的值。 PWM 的优势是每个样本都可以表示一个读数。 采用 VCO 方法，门控累加器的响应时间会变得更慢，但却具有使脉冲噪声平均化的优势，因为一个损坏的读数将仅存在一两个错误。

线性光电隔离器不像数字光电隔离器那样常见，但它们确实存在。 例如，Vishay IL300-F-X007 线性光电隔离器。 此零件使用两个检波二极管，一个位于输出级，另一个可在驱动级的反馈环路中使用。 这允许使用运算放大器以线性方式偏置光电隔离器的发射器部分（图 3）。 随着输入信号的增加，保持隔离时的输出电流也会不断增加。

证据表明，增强型势垒也是为传感器系统提供高电压隔离的理想选择。Texas Instruments 的 AMC1305x 高精度、增强型隔离式三角积分调制器是集成式传感器系统的良好典范，其设计可提供相当高分辨率模拟电平的单片式隔离（图 4）。 它使用电容式双隔离势垒将输入级与输出级分离，并达到 7,000 V 峰值和 10000 V 的浪涌额定电压，符合多种 VDE、UL 和 CSA 标准。

通过在电机相传导路径中使用分流电阻器，它可以获取馈送给三角积分调制器的低电平信号。 该调制器的输出将被馈送回控制微处理器，该处理器可使用数字滤波算法以 78000 样本/秒的速率提取 16 位分辨率。

总结

电机的使用数量是如此众多，每一个设计都有自己的故事，但共同的需求是保护微控制器和传感器接口远离电机负载和状况快速变化的危险。 正如本文所述，有多种优秀的隔离技术可帮助您解决所面临的问题。

我们在从事MCU应用开发过程中，难免会碰到MCU芯片异常的问题，其中有些异常比较严重。比如异常复位，表现为复位脚有电平跳变或者干脆处于复位电平；在做代码调试跟踪时，发现代码根本就进不到用户main()程序；或者时不时就感觉芯片死掉了，功能完全不可控等。

出现类似严重异常情况的原因我大致总结了以下几方面：

1、电源问题。比方电源质量差，纹波过大，尤其开关电源供电时；或者供电芯片质量差，输出不稳定；或者系统供电能力不足而引起电源波动等。

2、时钟问题。一般表现在时钟配置错误或者时钟工作不稳定，比方配置超出芯片主频工作范围，外部时钟脆弱不堪等。

3、BOOT配置脚问题。经常遇到有人因为BOOT脚的焊接或接触不良导致各类奇怪问题。这种情况多表现在芯片功能时好时坏，工作不稳定。所谓“坏”的时候就是芯片表现得类似死机一般。

4、启动文件问题。经常因为选错了启动文件，导致程序无**常运行，或者说调试时好好的，脱机运行就出鬼。这点在做不同系列芯片间移植时最容易碰到。

5、中断请求位清除问题。由于中断请求位没有及时清除导致中断没完没了的重复进入中断，感觉系统死机一般。

6、堆或栈的越界溢出。这个也会导致芯片无**常工作。

7、VCAP脚问题。有些MCU芯片有VCAP脚，这类脚往往需要接上适当的电容，如果无视了它的话，也可能导致整个芯片的功能异常。

来源：网络

永磁同步马达(PMSM)通常用于高效能、低功耗的马达驱动。高效能马达控制的特征为可在整个速度范围内平稳旋转，零速度时有完全的扭矩(Torque)控制，且能达到快速加速和减速。为了达到上述要求，PMSM采用向量控制技术，该技术通常还被称为磁场定向控制(FOC)技术。向量控制算法的基本思路是将一个定子电流分解为磁场生成的分量和扭矩生成的分量，分解后，这两个分量能单独进行控制；而马达控制器（亦即向量控制控制器）的结构几乎与一个他励直流马达(DC Motor)相同，这样便简化了PMSM的控制程序。

扭矩生成定理

PMSM的电磁扭矩分别由定子及转子两个磁场交互作用生成。定子磁场由磁通量或定子电流表示，转子磁场由恒定的永久磁铁(弱磁情况除外)的磁通量表示。若将这两个磁场比喻为两个条形磁铁，则可以想象当磁铁互相垂直时，吸引/排斥磁铁的力是最大的。这意味着，设计人员应该要依此定理控制定子电流，也就是要创建垂直于转子磁场的定子向量。转子旋转时，也就必须更新定子电流，使定子磁通向量与转子磁铁保持90度垂直。

当定子和转子磁场垂直时，内嵌式PMSM的电磁扭矩方程式为：扭矩=33ppλPMIqs(pp为磁极对的数目，λPM为永久磁铁的磁通，Iqs则为交轴的电流幅值。)当磁场垂直时，电磁扭矩与q轴电流的幅值成正比。微控制器（MCU）须调节定子相电流强度，同时调节相位/角度，但这不像直流马达控制那样容易达成。

简化电流控制　创造最佳FOC效能

直流马达控制很简单，因为其所有受控的量都是稳定状态的直流电（DC）值，而且电流相位/角度受机械换向器的控制；但在PMSM领域中，要如何才能实现磁场定向控制技术？

DC值/角度控制

首先，须知道转子的位置，其常常与A相有关。我们可使用绝对位置传感器（如解析器）或相对位置传感器（如编码器），并处理所谓的「对齐」。对齐过程中，将转子与A相轴线对齐，如此一来A相轴线与直轴（励磁分量所在轴）就对齐。在这种状态中，转子位置设为0；亦即，构建静态电压向量，令所需的电压在d轴，位置设为0，这导致定子磁场吸引转子，并将直轴与A相轴线对齐。三相量可通过Clarke变换转换成等效的二相量。接着，再透过Park变换将两相静止参照系中的量转换成两相旋转坐标系中的直流量，这期间要用到转子位置。

转子的电气位置是转子的机械位置再乘以极对数pp。经过一系列控制之后，设计人员应当在马达端子上生成三相交流电压，因此所需/生成电压的直流值应当通过反Park/Clarke变换进行转换。

幅值控制

所有变量现在都是直流值，可以轻松控制，但是要如何控制它们的幅值呢？对于幅值控制，建议使用级联结构的PI控制器，且可以像直流马达那样控制许多状态量，如相电流（扭矩环）、转速和位置。

FOC步骤

首先，须测量马达的相电流，并使用Clarke变换将它们转换为两相系统，及计算转子位置角；接着，再使用Park变换将定子电流转换为d、q坐标系统上；此时，定子电流扭矩（isq）分量和磁通量（isd）生成分量由控制器单独控制；最后，透过逆向Park变换，输出定子电压空间向量从d、q坐标系转换回两相静止坐标系，并使用空间向量调制，生成三相输出电压。

无传感器控制

设计人员需要转子的位置信息，才能高效地控制永磁同步马达，然而在一些应用中于传动轴上安装转子位置传感器，会降低整个系统的耐用性和可靠性。因此，设计人员的目标不是使用这个机械传感器直接测量位置，而是利用一些间接的技术估算转子位置。

低速时，须高频率注入或开环启动（效率不高）等特殊技术来启动马达并使之达到某一个转速，在这个转速下对于反电动势观测器来说，反电动势已足够。通常，5%的基本速度足以使无传感器模式正常运行。

中/高速时，使用d/q参照系中的反电动势观测器。内部脉宽调变（PWM）频率和控制环路频率必需够高，才能获得合理数量的相电流和直流母线电压的样本。反电动势观测器的计算要求乘累加、除法、正弦/余弦（sin/cos）、开方等数学计算，适合使用基于ARM内核的Kinetis MCU或Power Architecture系列的数字讯号控制器（DSC）。

弱磁控制

超过马达额定转速的作业要求，PWM逆变器提供的输出电压高于直流母线电压所限制的输出能力。要克服速度限制，可实施弱磁算法。负的d轴给定电流将提高速度范围，但由于定子电流的限制，可得到的最大扭矩会相对地降低。在同样的直流母线电压限制下，控制d轴电流可以起到弱化转子磁场的效果，这降低了反电动势电压，允许更高的定子电流流入马达。