許多應用都能看到功率低於300 W的小型馬達，包括汽車、印表機、影印機、進紙機、工廠自動化、航太和軍事載具、測試設備和機械人。馬達生產數量約與其功率成反比，因此小型馬達的生產數量遠高於大型馬達。最受歡迎的小型馬達為直流馬達、無刷直流馬達和步進馬達。

馬達控制專用數位訊號處理器（DSP）主要支援大型離線馬達（off-line motor），其成本對於小型馬達控制系統通常太高，這使得小型通用微控制器在多數情形下已成為小型馬達控制應用的最低成本解決方案。選擇馬達控制應用的微控制器時，許多有助於系統的功能規格都應列入考量，因此在為這類應用選擇最適合的微控制器時，逐一評估這些功能規格就顯得非常重要。

計時器選擇

簡單的步進馬達可能只需要一個通用計時器，直流馬達和無刷直流馬達則需要脈衝寬度調變（PWM）計時器控制馬達轉速。解析度和頻率是PWM計時器的重要特色，其頻率應大於馬達線圈的時間常數，並且超出人耳聽覺範圍；但頻率也不能太高，才能將開關損耗減至最低。16至24kHz之間的PWM頻率最適合小型馬達。

8位元的PWM解析度對於大多數應用已經足夠－－若應用只需幾種轉速，8位元解析度就能滿足要求。對於轉速範圍（speed range）小於10比1的閉迴路控制，8位元解析度也能應付自如。若應用要求更大轉速範圍的閉迴路控制或超過1％的精確調速能力，就必須使用更高的解析度。20kHz的10位元PWM解析度需要20MHz以上的高速系統時脈。

類比數位轉換器和支援

大多數的小型馬達控制應用都需要類比數位轉換器，它可內建於晶片或使用外部零件；除了測量馬達電壓、直流鏈電壓（dc link voltage），馬達電流、轉速計電壓和轉速控制電位計之外，類比數位轉換器還能用來測量系統控制變數，例如溫度、氣流和位置。馬達控制系統所重視的類比數位轉換器參數包括解析度、取樣速率、通道數目、電壓參考和差動測量能力，這類應用所需的解析度是由回授和控制系統的動態範圍決定，一顆8位元類比數位轉換器已能滿足轉速控制電位計和直流鏈電壓的測量需求，馬達電壓、馬達電流和轉速計電壓可能需要很大的動態範圍。若應用要求100到1轉速範圍的調速能力，系統就必須在只能使用類比數位轉換器一小部份工作範圍的情形下保持穩定，例如8位元類比數位轉換器以1％滿刻度測量回授參數時只能提供2.5次讀數，10位元類比數位轉換器則提供20次有用讀數。

馬達電流的測量尤其容易發生問題，它通常會以阻抗很小的感測電阻搭配外接的運算放大器，然後利用差動測量取得精確的測量結果，但這類電路極易受到雜訊影響。高取樣速率的類比數位轉換器和高速處理核心可用來執行超取樣和均值計算，這種方式在出現馬達雜訊時仍能精確測量馬達電流。

電源供應雜訊是馬達控制電路的常見問題，晶片內建電壓參考對於溫度和電流等參數的絕對測量非常有用，還能協助類比數位轉換器提供勝過使用VDD電源的更高精確度和更低雜訊。在某些極為重視成本的應用中，設計人員還能以低參考電壓搭配晶片內建的可程式增益放大器，省下原本需要的外接電流感測運算放大器。

對於需要由硬體提供過電流或過熱保護的馬達控制應用，晶片內建比較器也極有助益，它能用來產生中斷或捕捉計時器事件，對於測量無刷直流馬達應用的馬達電壓或反電動勢零值交叉（back-EMF zero crossing）也有很大幫助，這需要三組比較器或是一組比較器搭配三組輸入多工器。

《圖一　馬達控制應用經常採用的小型微控制器》

系統內通訊

小型馬達通常是較大型系統的一部份，故需通訊週邊讓負責馬達控制的微控制器發出或接收控制及命令。小型馬達可能採用類似於個人電腦風扇或電路板系統的SMBus或I2C界面，複雜系統也可能以SPI匯流排做為兩顆或多顆微控制器間的通訊管道。SPI匯流排還能用於SPI週邊裝置，例如串列式EEPROM、即時時脈或外接的類比數位轉換器。小型馬達控制系統也會使用以UART為基礎的協定，例如RS232、RS485和LIN匯流排。

受到接腳數目限制，有些微控制器只提供UART或SPI之一，其它產品則必須在SPI以及SMBus或是I2C之間做出選擇。雖然有可能以軟體模擬這些週邊之一，但在多工馬達控制系統中模擬週邊通常並不切實際，理想解決方案應能讓設計人員選擇終端應用所需的通訊週邊。

I/O接腳數決定體積

I/O接腳數目對於封裝體積和微控制器的選擇影響很大。接腳總數是由馬達類型、PWM輸出，類比輸入、通用I/O接腳和通訊週邊決定。小型直流馬達系統可能只需11隻或更少的接腳，無刷直流馬達系統通常則要20或28隻接腳。典型的8接腳SOIC微控制器僅提供6隻I/O接腳，小型微引線架封裝（microlead frame packaging）則能在更小面積中提供更多接腳。設計人員為馬達控制應用選擇小型微控制器時，必須將許多重要的微控制器特性列入考慮，例如PWM計時器、類比數位轉換器支援、晶片內建電壓參考、晶片內建比較器、通訊週邊、I/O接腳以及彈性的類比和數位多工能力，這樣才能讓他們的馬達控制應用設計發揮最大效能。（作者任職於Silicon Laboratories）