摘 要

随着石油的消耗、环境污染的加重以及日益严格的排放法规，电动汽车的发展受到了广泛的关注和大力的发展。面对当今这种社会状况,许多汽车厂商、院校和政府部门相互合作，共同投入到电动汽车的研究、测试、开发和生产当中。

本文选型恩智浦最新推出的MPC5744P超可靠芯片，选择S32DesignStudio开发环境，通过设计最小系统电路，完成底层驱动系统编程，其中底层驱动系统包括时钟模块、SPI通信模块、ADC模块、FlexPWM模块，中断模块、定时器模块等，并且实现MPC5744P与L9907预驱芯片的SPI通信和MPC5744P与AD2S1210旋变解码芯片的SPI通信，并利用CTU模块，实现FlexPWM、SPI、ADC的协同通信和工作，最终配置出一套基于MPC5744P的底层电机驱动系统。

本文通过研究电机底层驱动系统，设计并配置出了一套基于MPC5744P芯片的车用驱动电机控制系统。本文的底层驱动系统适用于恩智浦公司MPC574X系列芯片，其中控制策略适用于所有电机的控制。本文的FlexPWM、SPI等模块具有普遍通用性，为电机后续开发提供了基础。

关键词：永磁同步电机；MPC5744P；控制策略；电动汽车；SVPWM

I

Abstract

With the consumption of oil, the aggravation of environmental pollution and the increasingly strict emission regulations, the development of electric vehicles has attracted extensive attention and vigorous development. Faced with the current social situation, many automobile manufacturers, institutions and government departments cooperate with each other and devote themselves to the research, testing, development and production of electric vehicles.

This project selects the NXP's new MPC5744P ultra reliable chip, S32DesignStudio development environment, and completes the drive system programming through the design of minimum system circuit. The underlying drive system includes a clock module, SPI communication module, ADC module, FlexPWM module, interrupt module, timer module and so on. In this paper, MPC5744P and L9907 pre-drive chip communication by SPI and it is the same to MPC5744P and AD2S1210 chip, and the FlexPWM, SPI, ADC modules use the CTU module to achieve collaborative communication, and finally configurate a set of driving system of ground motor based on MPC5744P.

In this paper, a set of drive motor control system based on MPC5744P chip is designed and configured by studying the drive system of the motor. The driver system is suitable for NXP MPC574X series chip, the control strategy applicable to all kinds of motors. The modules of FlexPWM, SPI and so on in this paper are universal used in all kinds of motor, and provide the basis for the further development of the motor.

Key words: PMSM; MPC5744P; control strategy; electric vehicle;SVPWM

II

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景 1

1.2 课题研究的意义 1

1.3国内外研究现状 1

1.4 研究的主要内容 2

第2章 MPC5744P总体驱动方案及子系统电路设计 4

2.1 总体驱动方案 4

2.2 MPC5744P选型 5

2.3 最小系统电路及外围电路设计 6

2.3.1 电源电路设计 6

2.3.2 晶振电路设计 7

2.3.3 复位电路设计 8

2.3.4 JTAG接口调试电路设计 8

2.3.5 L9907预驱电路设计 9

2.3.6 AD2S1210旋变解码电路设计 10

第3章 MPC5744P模块配置及驱动实现 13

3.1 ADC模块底层驱动研究与实现 13

3.1.1 ADC模块概述 13

3.1.2 ADC的通道与参考电压 13

3.1.3 ADC时钟配置 13

3.1.4 驱动程序 14

3.2 FlexPWM模块的底层驱动的研究与实现 15

3.2.1 FlexPWM模块概述 15

3.2.2 FlexPWM原理 15

3.2.3 FlexPWM时钟配置 17

3.2.4 驱动程序 18

3.3 ETIMER模块底层驱动研究与实现 19

3.3.1 ETIMER概述 19

3.3.2 ETIMER输出模式 19

3.3.3 驱动程序 20

第4章MPC5744P通信模块的设计 21

4.1 SPI通信驱动方法实现及研究 21

4.1.1 SPI通信模块配置 21

4.1.2 波特率设置及数据格式选择 22

4.2 L9907预驱芯片的SPI通信研究及实现 24

4.2.1 L9907预驱动芯片概述 24

4.2.2 L9907的SPI通信 24

4.3 AD2S1210的SPI通信 26

4.3.1 AD2S1210概述 26

4.3.2 AD2S1210的SPI通信实现 27

4.3.3 SPI驱动程序 28

第5章 基于SVPWM算法的电机转速控制研究及实现 30

5.1 SVPWM控制算法原理 30

5.1.1参考矢量U_ref与扇区判断 32

5.1.2 相邻空间矢量作用时间Tx，Ty 34

5.1.3 A,B,C三相开关时间Tcm1，Tcm2，Tcm3计算 35

5.2 基于SVPWM算法的电机转速控制过程 36

5.3 SVPWM底层驱动程序 37

第6章 仿真结果及分析 38

6.1 MPC5744P最小系统 38

6.2 电机控制模块波形图 39

6.2.1 ADC采样成果及分析 39

6.2.2 FlexPWM输出波形 41

6.2.3 ETIMER输出波形 42

6.3 SPI通信模块输出波形 43

结 论 45

参考文献 46

附录 47

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景

随着现代人民生活水平的日益提高，机动车保有量在逐年提升，到2017年我国的机动车保有量达2.9亿辆，而随之而来的是石油消费的增加，2016年我国的石油产量1.98亿吨，进口3.8亿吨，石油的对外依存度逐年增高。并且机动车的保有量增加将导致汽车尾气的排放量增加，进而导致空气污染日益严重。在石油危机和环境污染的双重压力之下，各个国家广泛关注电动汽车的发展。

电动汽车的电机驱动系统，是电动汽车的核心动力之一，电机驱动系统的优劣与整车动力性、经济性、安全性和环保性息息相关。而对于电机驱动系统而言，底层驱动系统通过芯片选型，并根据实际应用需求来编写底层驱动程序，是之后策略思想的基础，直接关系到电机驱动系统的性能。

1.2 课题研究的意义

永磁同步电机的使用可追溯到上个世纪７０年代，与直流电机相比永磁同步电机的优势明显，永磁同步电机的构造简单，具有很小体积，工作效率高，具有较好功率密度，同时考虑到永磁同步电机的恒功率的速度范围大，调速范围宽，响应迅速，定位准确，高速和低速的转矩波动较小，震动噪声舒适性较好，可采用不同的控制算法对其进行控制，安全系数较高，因此永磁同步电机在当前应用较为广泛。

本项目选型恩智浦最新推出的MPC5744P超可靠芯片，该芯片功能强大，可靠性好，符合现在的汽车电机驱动系统设计理念，并且在未来一段时间内也会被继续沿用，具有较大的研究意义和价值。