基于32位Arm Cortex-M內核N32系列MCU應用

電動兩輪車具有經濟、環保、便捷等優勢，已成為主要的短距離交通工具之一，在個人日常出行、外賣配送、共享交通等方面得到大量使用。“新國標”的實施以及智能化技術發展，加速了電動兩輪車的升級換代，使得電動兩輪車特別是高端智能電動車的市場需求上升。

電動兩輪車由車體電機驅動、電動機、控制器、電源系統、充電器、儀表系統等組成，周邊組件包括充電樁/換電柜等，不同的系統根據實現的功能復雜程度對微控制芯片（MCU）提出了差異化需求。

提供豐富產品，滿足電動兩輪車全車及周邊應用創新需求

國民技術N32系列MCU產品基于32位Arm Cortex-M內核，內置嵌入式高速閃存、低功耗電源管理，集成數模混合電路，并內置硬件密碼算法加速引擎以及安全單元，具有高集成度、高性能、低功耗等特點，滿足電動自動車各組件對控制器的應用需求，目前在電動兩輪車及周邊產品中已經獲得批量應用的型號包括：N32G45x、N32G43x、N32L40x、N32G03x、N32WB031（藍牙MCU），具體應用情況如下：

單芯片集成先進電機控制技術及算法，實現高精度大扭矩電機控制

國民技術N32系列MCU支持數字信號處理（DSP）指令和浮點運算，具有多達4個獨立的具有5Msps高速采樣速率的12位模數轉換器（ADC），電機控制PWM脈寬調制最小脈寬6.9ns。片內集成多個軌到軌運算放大器、高速模擬比較器及12位數模轉換器（DAC），緊密耦合的內嵌存儲器可實現快速的存儲器訪問和調度。芯片還集成了用于電機位置傳感的正交編碼器模塊等高效算法模塊，以及用于代碼和物聯安全的硬件密碼算法加速引擎。N32系列MCU在單顆芯片上集成電機控制應用所需數字與模擬資源，大大提升了電機系統的響應速度和穩定性，可覆蓋汽車、工業、能源、家電、消費等行業的電機控制應用。

基于N32G45x、N32G43x、N32L40x等系列MCU及自研先進電機控制技術，采用有感估算電角度算法及FOC控制策略實現的國民技術高精度大扭矩電動車控制器方案，具有多項業內領先的技術優勢。方案支持單電阻、雙電阻及三電阻采樣FOC控制策略，具有零速大扭矩啟動和MTPA力矩補償功能，電機運行效率高。同時，電機軟硬啟動迅速，采用矢量正弦波兼無感BLDC控制，在兩倍負載下可高效持續穩定輸出功率和運行。方案還具備完備的速度超差保護：采用了欠/過壓、軟硬件過流、過功率、堵轉、缺相、防盜飛車等系列安全保護策略，確保電動車運行安全。該方案非常適用于電動兩輪車、智能電動摩托車、智能移動機器人、無人AGV及電動車叉車等低速高精度大扭矩電機控制應用場景。

電動兩輪車應用案例

1. 電動車控制器

控制器作為電動兩輪車的核心部件，控制電機的啟動、運行、進退、變速、停止等操作，起到電動兩輪車“控制大腦”的作用。當前電動車領域對核心驅動電機的控制精度、轉矩脈動、可靠性、噪聲震動(NVH)、電機驅動效率、弱磁性能、電流響應速度等技術性能要求越來越高，相應的電機控制算法日趨復雜。在智能化發展趨勢下，電動兩輪車集成多種先進電機驅動控制技術，從而對控制器芯片提出了更高要求，例如，需要芯片具有更高性能的處理能力、更加豐富的通信接口及多通道模擬/數字(A/D)和數字/模擬(D/A)接口等。

無刷交流輪轂電機產生輸出動力時，需要控制器進行調速以完成電能到機械能的轉換。高效舒適的調速控制離不開復雜的控制算法參與，龐大算法體系的運行需要高性能控制器芯片資源的支撐。方案基于N32G430系列MCU實現，采用矢量FOC控制技術，主要由矢量變換、環路調節器、空間矢量調制、霍爾處理以及外圍功能函數幾大模塊組成，根據兩輪車控制器行業實際情況，在調速平滑性、電機適用性、故障快速保護等關鍵節點上進行優化處理，具有多功率段電機靈活適配、騎行舒適度高、高效安全等特點。

N32G430應用優勢：

● Arm Cortex-M4F內核，支持FPU浮點運算和DSP指令，最高128MHz主頻。

● 支持Sleep、Stop0、Stop2、Standby四種低功耗模式，同時具備LPTIM等低功耗外設，使電池續航更持久。

● 12bit ADC最高采樣速率可達4.7Msps，實現數據的快速采集。

● 集成多達3個比較器，支持從SLEEP模式、STOP0模式下喚醒。

● 2個16bit高級定時器支持14路互補PWM輸出、死區插入和剎車功能，更適用于電機控制。

2. 短交通BMS控制板

BMS是專門用來進行電池運行管理的模塊，N32G031、N32G43x、N32L40x、N32G45x、N32WB031（藍牙MCU）等系列MCU已經應用消費，工業、汽車領域的BMS電池管理系統中。其中基于N32G45x實現的短交通電池BMS控制板案例具有高效節能、安全保護、實時監控、可擴展性好等功能特點。

N32G45x應用優勢：

● 144MHz主頻，FLASH支持ICACE和預取，支持FPU和MMU指令，可高效率運行SOC、SOP、SOH等BMS核心控制算法，精準修正單節電池充/放電狀態，實現總輸入/輸出功率和電池組健康狀態的檢測。

● 內置最多4個5Msps采樣率的12bit獨立ADC，可同時工作，多達16個采樣通道，輕松實現過壓檢測、欠壓保護、短路關斷、溫度檢測、電池均衡控制等各種安全保護功能。

● 豐富的外設接口，支持UART、I2C、SPI等接口，同時支持CAN，實現故障診斷和警告上報，支持BMS系統的無線連接管理與監控。

● 接口靈活，單芯片滿足新國標應用，可通過手機APP對BMS控制板固件進行升級。

● 選擇內置BLE的N32WB031系列MCU，可實現手機APP升級BMS控制板固件，并且FLASH自帶加密存儲功能，保護用戶算法代碼。

3. 電動車儀表盤

電動車儀表盤能夠及時反映電動車運行時的蓄電池放電電流、蓄電池剩余電量、車速、累計行駛里程、各種燈光使用及控制器出現故障，以數字代碼顯示反映故障源。它通過TIMER模塊實現基本的定時時基、通過PWM輸出控制氛圍燈、LED顯示等；通過CAN模塊傳輸電動車的電池狀態、行駛速度、剎車狀態、燈具和控制器故障等信息，來實現儀表盤和電動車控制系統的交互；通過USART模塊傳輸電動車的控制和狀態信息到顯示驅動芯片，從而實現表盤上的信息顯示；通過GPIO模塊來控制大燈的顯示、并獲取硬件版本信息等。

N32G430應用優勢：

● 32位Arm Cortex-M4芯片，主頻高達128MHz；支持Sleep、Stop0、Stop2、Standby四種低功耗模式。

● -40至105℃工作溫度，支持±4KV ESD沖擊，能有效防止靜電干擾；所有IO支持5V Tolerance，保護IO免受5V電壓沖擊，避免損傷。

● 擁有多達8路定時器，可滿足燈具控制和定時功能，同時還擁有1路低功耗定時器。

● CAN模塊可用于車規級的控制和狀態信息傳輸、可實現更加安全和高效的實時控制。

● 擁有速率高達4Mbits/s的4路串口，支持LIN通信，可滿足與儀表盤的信息快速交互。

4. 安全頭盔鎖

研究表明，正確佩戴安全頭盔能夠將交通事故死亡風險降低60%~70%，對保護駕駛者生命安全具有重要作用。基于N32系列MCU實現的智能安全頭盔鎖模塊目前主要應用在共享電動車產品上，可實現共享安全頭盔的NFC讀卡、車源信號對接、I2C控制電機驅動開關鎖、霍爾限位開關等智能開關鎖功能。MCU通過CAN與其他節點設備進行通信和數據交互，通過I2C控制電機執行開鎖和關鎖，通過霍爾限位開關讀取位置和狀態，通過SPI+NFC讀卡來支持刷卡開鎖和關鎖。

N32L403應用優勢：

● QFN32封裝體積小，128K Flash，資源豐富，滿足應用需求。

● 高集成度，集成CAN、I2C、SPI、TIM等多個外設。

● 符合-40℃～105℃工業級溫度標準，適應面對戶外各種惡劣天氣條件影響。

● 業內頂級的超低功耗：60uA/MHz動態運行功耗，2uA的靜態功耗，進一步提高整機散熱性能。

● 內置密碼算法硬件加速引擎，保障內部協議傳輸的安全性。

電動兩輪車及周邊應用N32系列MCU主要資源：