面向高性能、低耗电及变频白色家电的32位微控制器MB91480系列
2009-08-10 10:03:50
来源：《半导体器件应用》2009年8月刊
1 引言
中国家电产品在20世纪80年代或90年代初期经历了一次销售高峰。经过10年左右的时间使用，这些家电已经接近或超过了设计寿命，标志着我国的家电产品正步入更新换代的高峰期。作为家用电器的生产和消费大国，目前电冰箱的社会保有量已经达到1.2亿台，洗衣机1.7亿台，电视机4亿台，电脑1600万台。面对如此巨大的竞争市场，家电企业为了能取得消费者的青睐，高性能低耗电及变频白色家电产品越来越受到推崇。
2 概要
富士通在32位微控制器「FR Family」的产品阵容中增加了面向高性能白色家电的MB91480系列。该系列是特别针对近年来愈发多功能化、高性能化的白色家电产品而设计开发的。MB91480系列通过超精确的控制实现了省电节能、低噪音的环保功能。
近年来，诸如运用于微波炉上的多重感应温控功能、蒸汽烹调功能；运用于空调上的空气污染管理功能、增加空气湿度功能等等，白色家电产品正凭借着各种传感信息变得越来越丰富多样。此外，人们正不断追求着具有更为精确的温度调节功能的微波炉、电磁炉（IH调理器），噪音更低的空调、洗衣机。为了将这些变成现实，就需要将从各种传感器得来的信息进行实时处理，进行超精确的控制。
MB91480系列是以本公司独创结构RISC CPU为主、面向5V接口的高性能家电的微控制器。为了满足空调、洗衣干燥机、冰箱、IH烹调炉、微波炉等白色家电产品的高功能化的要求，本产品装载有计算处理速度最快达80MHz的32位CPU核心、高性能A/D转换器、32位高速积和专用计算宏。还装载了两个单元的可进行三相PWM控制的多功能定时器，可控制两个电机。
3 产品系列
图1所示的是本公司装载5V接口的32位微控制器的变频产品系列。
到目前为止，富士通开发生产了MB91260、MB91265及MB90470系列产品，MB90470系列的产品还大大提高了CPU处理能力和增强了A/D转换器功能。此次在产品阵容中增加了MB91480系列，此系列以MB91470系列为基础，装载了两个能进行三相PWM控制的多功能定时器单元，能控制两个电机。本产品除了装载闪速存储器的MB91F487之外，还在计划开发MASK ROM版的产品。
4 MB91F487的特点
(1)采用FR60核心
FR60是采用与FR系列指令兼容的核心，是本公司生产的32位RISC CPU核心。此核心具有高性能和低耗电的特点，最大工作频率可达80MHz（振动源：10MHz，PLL：8递倍）。
(2)装载高速A/D转换器
装载18通道8/10位分辨率的A/D转换器。还能充分满足经常测量模拟数值的用途。而A/D转换器的转换时间最小只要1.2μs。本产品装载了3个这种A/D转换器单元（4通道×2单元/10通道×1单元）。因此可根据各种测量用途区分使用转换器单元。
产品外观见图2。
(3)A/D转换器的联动功能
所有A/D转换器单元都能与多功能定时器的自由定时器（输出比较功能）联动启动。并能以A/D转换器的转换结束为触发，发送DMA转换数据。这样一来就能通过A/D转换器检测流向电机驱动元件的保护电阻的电流，有效地进行转动元件的位置控制等变频器的控制。
在与自由定时器（输出比较功能）的联动中，不仅通过COMPARE CLEAR一致和零检测点进行启动，还可以从该点进行Delay启动，也可以调节A/D启动点。
(4)装有高速积和演算宏
配合使用积和演算处理硬宏，进一步加快了微控制器的计算速度。进行7个周期（最大80MHz）的32位×32位+72位的积和演算，在管线（Pipeline）处理中进行计算。因此，就像180°正弦波通电方式变频器控制等中的行列计算一样，如果一次性进行大量计算，则效果比较明显。并且，因为可以与CPU的计算处理同时工作，所以在宏计算的过程中，CPU可以进行其他处理。
5 支持UART/SIO/I2C
(1)装有串行接口
本产品的串行接口可以通过模式设定将1个串行接口单元切换成UART，SIO，I2C使用。MB91F487装有3路此单元。支持通过I2C接口实现的接口类IC控制、通过SIO接口实现的SPI-ROM连接、与其他微控制器的同步串行通信，以及通过UART接口与其他板的通信等。
(2)装有BASE TIMER
BASE TIMER通过模式设定可从16位PWM定时器、16位PPG定时器、16/32位Reload定时器及16/32位PWC定时器中任意选择一个。并且，组合偶数通道和奇数通道就可以用32位模式使用BASE TIMER。MB91F487装有4路此BASE TIMER。可以通过模式切换将1个定时器用于不同的用途，所以能灵活地应对客户应用的需求。
(3)装有2个多功能定时器单元
多功能定时器由以下功能组成：
① 16位升降计数器×3；
② 16位输出比较×6；
③ 16位输入捕获×4；
④ 8/16位 PPG定时器×3；
⑤ 波形发生器×1；
⑥ A/D启动比较×3。
可进行变频器控制所需的载频波形的生成、基本信号的生成、NON OVER LAP信号的生成、各种信号的控制（波形发生器）。还能产生与用于控制变频器的定时器同步的A/D转换器启动信号、计量输入脉冲宽度等。
装有3个16位升降计数器，可任意选择用于输出比较的计数器。不仅能用于同步使用6个通道的三相电机变频控制，还能够通过每两个通道进行单独的PWM控制，用于多个单相电机控制和多个IH烹调炉控制等。
可以在输出波形上重叠PPG定时器的脉冲波形，所以也可以用相当于120°正弦波通电方式的CPU负担和开发作业量来实现120°~150°正弦波通电方式的变频控制。这样一来，即使不采用开发作业量和CPU负担大的180°正弦波通电方式，也可以更顺利地实现变频控制中的功率控制。
本产品装有两个具有这种功能的多功能定时器单元，能用一个芯片轻松地实现两个电机的控制。
图3说明了变频控制因通电方式的不同而不同。表1是MB91F487的规格，图4是MB91F479的结构图。
应用举例
图5表示MB91F487的应用举例。MB91F487可以用作控制压缩机和风扇电机的空调室外机组的主要控制用微控制器。
中国家电产品在20世纪80年代或90年代初期经历了一次销售高峰。经过10年左右的时间使用，这些家电已经接近或超过了设计寿命，标志着我国的家电产品正步入更新换代的高峰期。作为家用电器的生产和消费大国，目前电冰箱的社会保有量已经达到1.2亿台，洗衣机1.7亿台，电视机4亿台，电脑1600万台。面对如此巨大的竞争市场，家电企业为了能取得消费者的青睐，高性能低耗电及变频白色家电产品越来越受到推崇。
2 概要
富士通在32位微控制器「FR Family」的产品阵容中增加了面向高性能白色家电的MB91480系列。该系列是特别针对近年来愈发多功能化、高性能化的白色家电产品而设计开发的。MB91480系列通过超精确的控制实现了省电节能、低噪音的环保功能。
近年来，诸如运用于微波炉上的多重感应温控功能、蒸汽烹调功能；运用于空调上的空气污染管理功能、增加空气湿度功能等等，白色家电产品正凭借着各种传感信息变得越来越丰富多样。此外，人们正不断追求着具有更为精确的温度调节功能的微波炉、电磁炉（IH调理器），噪音更低的空调、洗衣机。为了将这些变成现实，就需要将从各种传感器得来的信息进行实时处理，进行超精确的控制。
MB91480系列是以本公司独创结构RISC CPU为主、面向5V接口的高性能家电的微控制器。为了满足空调、洗衣干燥机、冰箱、IH烹调炉、微波炉等白色家电产品的高功能化的要求，本产品装载有计算处理速度最快达80MHz的32位CPU核心、高性能A/D转换器、32位高速积和专用计算宏。还装载了两个单元的可进行三相PWM控制的多功能定时器，可控制两个电机。
3 产品系列
图1所示的是本公司装载5V接口的32位微控制器的变频产品系列。
到目前为止，富士通开发生产了MB91260、MB91265及MB90470系列产品，MB90470系列的产品还大大提高了CPU处理能力和增强了A/D转换器功能。此次在产品阵容中增加了MB91480系列，此系列以MB91470系列为基础，装载了两个能进行三相PWM控制的多功能定时器单元，能控制两个电机。本产品除了装载闪速存储器的MB91F487之外，还在计划开发MASK ROM版的产品。
4 MB91F487的特点
(1)采用FR60核心
FR60是采用与FR系列指令兼容的核心，是本公司生产的32位RISC CPU核心。此核心具有高性能和低耗电的特点，最大工作频率可达80MHz（振动源：10MHz，PLL：8递倍）。
(2)装载高速A/D转换器
装载18通道8/10位分辨率的A/D转换器。还能充分满足经常测量模拟数值的用途。而A/D转换器的转换时间最小只要1.2μs。本产品装载了3个这种A/D转换器单元（4通道×2单元/10通道×1单元）。因此可根据各种测量用途区分使用转换器单元。
产品外观见图2。
(3)A/D转换器的联动功能
所有A/D转换器单元都能与多功能定时器的自由定时器（输出比较功能）联动启动。并能以A/D转换器的转换结束为触发，发送DMA转换数据。这样一来就能通过A/D转换器检测流向电机驱动元件的保护电阻的电流，有效地进行转动元件的位置控制等变频器的控制。
在与自由定时器（输出比较功能）的联动中，不仅通过COMPARE CLEAR一致和零检测点进行启动，还可以从该点进行Delay启动，也可以调节A/D启动点。
(4)装有高速积和演算宏
配合使用积和演算处理硬宏，进一步加快了微控制器的计算速度。进行7个周期（最大80MHz）的32位×32位+72位的积和演算，在管线（Pipeline）处理中进行计算。因此，就像180°正弦波通电方式变频器控制等中的行列计算一样，如果一次性进行大量计算，则效果比较明显。并且，因为可以与CPU的计算处理同时工作，所以在宏计算的过程中，CPU可以进行其他处理。
5 支持UART/SIO/I2C
(1)装有串行接口
本产品的串行接口可以通过模式设定将1个串行接口单元切换成UART，SIO，I2C使用。MB91F487装有3路此单元。支持通过I2C接口实现的接口类IC控制、通过SIO接口实现的SPI-ROM连接、与其他微控制器的同步串行通信，以及通过UART接口与其他板的通信等。
(2)装有BASE TIMER
BASE TIMER通过模式设定可从16位PWM定时器、16位PPG定时器、16/32位Reload定时器及16/32位PWC定时器中任意选择一个。并且，组合偶数通道和奇数通道就可以用32位模式使用BASE TIMER。MB91F487装有4路此BASE TIMER。可以通过模式切换将1个定时器用于不同的用途，所以能灵活地应对客户应用的需求。
(3)装有2个多功能定时器单元
多功能定时器由以下功能组成：
① 16位升降计数器×3；
② 16位输出比较×6；
③ 16位输入捕获×4；
④ 8/16位 PPG定时器×3；
⑤ 波形发生器×1；
⑥ A/D启动比较×3。
可进行变频器控制所需的载频波形的生成、基本信号的生成、NON OVER LAP信号的生成、各种信号的控制（波形发生器）。还能产生与用于控制变频器的定时器同步的A/D转换器启动信号、计量输入脉冲宽度等。
装有3个16位升降计数器，可任意选择用于输出比较的计数器。不仅能用于同步使用6个通道的三相电机变频控制，还能够通过每两个通道进行单独的PWM控制，用于多个单相电机控制和多个IH烹调炉控制等。
可以在输出波形上重叠PPG定时器的脉冲波形，所以也可以用相当于120°正弦波通电方式的CPU负担和开发作业量来实现120°~150°正弦波通电方式的变频控制。这样一来，即使不采用开发作业量和CPU负担大的180°正弦波通电方式，也可以更顺利地实现变频控制中的功率控制。
本产品装有两个具有这种功能的多功能定时器单元，能用一个芯片轻松地实现两个电机的控制。
图3说明了变频控制因通电方式的不同而不同。表1是MB91F487的规格，图4是MB91F479的结构图。
应用举例
图5表示MB91F487的应用举例。MB91F487可以用作控制压缩机和风扇电机的空调室外机组的主要控制用微控制器。
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