過去的十年里，洗衣機、冰箱和洗碗機等白色家電的設(shè)計已經(jīng)朝著積極的新方向發(fā)展。盡管“How clean? How fast? How cold?”等性能指標仍然重要，但現(xiàn)在家電的設(shè)計目標還要加入包括能源效率、安全性，以及在高端模型中，還包括互聯(lián)網(wǎng)連通性。

歐盟、美國以及許多發(fā)達國家已經(jīng)制定了能效標準，如按標準執(zhí)行，例如洗衣機的年均能耗降低到約150千瓦時。每個子系統(tǒng)的優(yōu)化在降低能耗方面都有作用，但MCU執(zhí)行優(yōu)化電機能源使用的復(fù)雜電機控制算法的任務(wù)至關(guān)重要。

無刷直流電機（BLDC）控制

對能效的積極目標正在推動電機從內(nèi)置位置傳感器向無傳感器的無刷直流電機（BLDC）和永磁同步電機（PMSM）轉(zhuǎn)型。BLDC電機控制涉及一些設(shè)計復(fù)雜性。PMSM的控制更為復(fù)雜和需要計算，通常在高端家電和工業(yè)電機控制中使用。

使用交流電的BLDC電機將永磁體固定在轉(zhuǎn)子上，線圈則設(shè)置在定子上。磁體創(chuàng)造出轉(zhuǎn)子磁通；通電的定子線圈創(chuàng)造出電磁極。通過通電到定子相位（比如，對于3相電來說，則是一個120°的矩形波），就可以在定子上創(chuàng)造一個旋轉(zhuǎn)場。

轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)場之間的空間關(guān)系必須被緊密控制才能產(chǎn)生扭矩。這種同步需要知道轉(zhuǎn)子的位置。轉(zhuǎn)子上的極數(shù)越多，同樣的電流下通常產(chǎn)生的扭矩越大，但如果磁體間隙縮小過多，這個優(yōu)勢最終會消失。

MCU供應(yīng)商提供大量的軟件開發(fā)支持，使MCU能夠在轉(zhuǎn)子靜止時以及高速旋轉(zhuǎn)時感知轉(zhuǎn)子位置。轉(zhuǎn)向使用BLDC控制的無傳感器電機還需要特定的硬件，要么是在電機控制卡上的設(shè)備，要么是集成到MCU自身中。這種硬件包括：快速的3相脈沖寬度調(diào)節(jié)（PWM）輸出定時器；專用的高速比較器用于過流檢測和轉(zhuǎn)子位置檢測；D/A轉(zhuǎn)換器；可編程增益放大器（PGA）和變量增益因素；以及快速運算放大器。

典型的雙通道高速比較器通常使用PGA輸出作為在一個通道的輸入信號，它可以進行BLDC逆變器電路的過流檢測。另外一個比較器通道允許用戶來選擇快速定位任何正負輸入的組合以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的檢測和管理電機的反電動勢信號。

PMSM控制

BLDC電機和PMSM電機都使用永磁體建立在轉(zhuǎn)子上和線圈建立在定子上。它們主要的不同在于由逆變器供應(yīng)給電機的驅(qū)動信號：BLDC電機受到矩形（或者在某些情況下是梯形）波形的控制，PMSM電機則是受到匹配每個電機線圈的反電動勢波形的正弦波形的控制。

用來控制PMSM電機的磁場定向控制（FOC）技術(shù)需要比BLDC的矩形和梯形控制方案更大的計算能力。這意味著更高的MCU時鐘頻率，32位架構(gòu)，多個ADC，更多的集成ROM用于軟件庫，以及設(shè)備上更多的引腳。

開發(fā)人員可以通過使用套件中包含的LCD和搖桿的演示來熟悉設(shè)計過程?？梢哉{(diào)整或改變并用于控制PMSM電機的參數(shù)包括：

實時調(diào)整轉(zhuǎn)矩，通量，和速度的PID

反電動勢觀察器增益調(diào)整（用于無傳感器控制）

目標速度變動（速度控制）或目標轉(zhuǎn)矩和通量（轉(zhuǎn)矩控制）

總線電壓和功率級溫度監(jiān)控

選擇變量以實現(xiàn)DAC功能實現(xiàn)的輸出

除了能源效率，標準和監(jiān)管機構(gòu)也發(fā)布了白色家電的質(zhì)量和安全標準。例如，IEC/UL 60730為保護用戶免受傷害和保護設(shè)備免受損壞，設(shè)置了硬件和軟件方面的標準。具體來說，IEC/UL 60730詳細約定了測試和診斷方法，確保嵌入式控制硬件和應(yīng)用于家電的軟件的運行是安全的。

白色家電需要滿足IEC 60730 Class B遵從性，它有兩個簡單的部分：阻止受控設(shè)備非安全運行的能力；以及，軟件包括在家電發(fā)生故障時防止危險的代碼。

MCU需要在啟動后和運行階段定期執(zhí)行特定的軟件測試，來確保系統(tǒng)按照設(shè)計運行。這些包括CPU和RAM測試；ROM/flash測試；時鐘測試；以及外圍設(shè)備測試。圖3辨識了需要被識別和糾正以便遵從IEC/UL 60670的MCU硬件子系統(tǒng)或功能的故障類型。

ROM/Flash測試基于循環(huán)冗余校驗（CRC），它可以識別所有的單位錯誤和大部分的多位錯誤。用作校驗數(shù)的CRC值可以在軟件中計算，通過查找表或位移操作；查找表需要更多的代碼空間但節(jié)省了CPU周期。

雖然測試是在軟件中執(zhí)行的，是使用軟件測試，但在許多情況下，如果有更多的外圍設(shè)備集成到MCU中，也仍要再次測試。其中最重要的外圍器件包括：

糾錯碼（ECC）Flash

死機定時器（DMT）

窗口看門狗定時器（WWDT）

備用系統(tǒng)振蕩器

WWDT至關(guān)重要，因為它保證了MCU的控制算法的正確執(zhí)行。對于Class-B設(shè)備，WWDT需要滿足四個要求：它必須有一個單獨的基于時間的振蕩器；它不能通過軟件被禁用，它必須實現(xiàn)硬件復(fù)位；以及，必須有對初始化和/或硬件復(fù)位后獲取安全I/O狀態(tài)的預(yù)案。

歐盟以及其它諸如國家和地方政府機構(gòu)發(fā)布的能源和安全目標使得白色家電的設(shè)計變得越來越復(fù)雜。達到這些目標必須要向使用BLDC和PMSM電機的無傳感器電機控制設(shè)計遷移。軟件開發(fā)工具和庫與MCU上的外圍集成物一樣重要。供應(yīng)商們已經(jīng)開發(fā)了多種解決方案，包括16位和32位的MCU。在一些情況下，DSP能力也被包含以便實現(xiàn)更快的算法執(zhí)行。