极海 APM32F035 无感方波 BLDC 控制方案开发实操

本文基于珠海极海半导体 AN1098 (V1.1) 官方应用笔记，完整解读 APM32F035 MOTOR‑EVAL 评估板无感方波（六步换相）BLDC 电机整套软硬件实现方案，包含芯片资源、硬件电路、软件分层架构、状态机流转、关键参数、整机调试流程。全部参数、电路逻辑、代码框架均源自原厂文档，适合风机、水泵、小型无刷驱动项目前期评估与移植参考。

资料获取：AN1098 APM32F035 MOTOR EVAL无感方波控制方案

1. 项目概述与芯片硬件资源

1.1 无感方波方案设计规格

本方案采用ADC 采样反电动势完成转子角度估算，实现 BLDC 无传感器六步方波换相，不需要外接霍尔器件，降低整机硬件成本，适合中小功率无刷电机应用。

1.2 APM32F035 芯片外设资源清单

APM32F035 是面向电机控制的专用 Cortex‑M0 + 内核 MCU，内置 M0CP 协处理器，集成 Cordic、硬件除法、SVPWM 数学加速单元，片上集成多路运放、比较器，减少外部模拟器件，分为 LQFP48（C8T7）、LQFP32（K8T7）两种封装。

2. 硬件系统设计说明

2.1 整机硬件系统架构

整套评估板外部输入24V 主电源；电源调节模块输出多路电压：12V 供给栅极驱动芯片，3.3V 供给 APM32F035 主控，功率 MOS 管直接使用 24V 母线供电。 调速指令：电位器旋钮输出 0‑3.3V 模拟电压给到 ADC 输入，电压超过启动阈值电机运行；电压低于阈值电机停机。 电机运行阶段，ADC 采集三相反电动势 BEMF 信号，识别过零点完成六步换相；电流检测电路配合片内 OPA、COMP 实现硬件过流刹车保护。

2.2 关键接口电路解析

1. 电源与母线电压采样电路 母线电压分压公式：V_BUS = VM / ((100K+100K+10K)/10K)=VM/21；ADC 0‑3.3V 输入对应最大可采样母线电压 69.3V。
2. 反电动势 BEMF 采样电路 三相 U/V/W 相电压采用电阻分压采样，分压系数同样为 21，把高压反电动势衰减至 ADC 可接受 0‑3.3V 范围，搭配 RC 滤波网络抑制开关噪声。
3. 过流保护电路 采样电阻选用 0.02Ω；使用片内 OPA4 放大母线采样信号，输出给到 COMP1 反相输入端；COMP1 正向输入端分压得到 3V 阈值；3V 对应硬件触发过流保护最大电流 13.5A。COMP 输出直接连接高级定时器 TMR1 的 BKIN 刹车输入，触发硬件刹车。
4. 外设按键与指示电路 板载 USB 转串口用于调试打印；PC15 故障 LED 指示灯；两个按键分别实现电机前进 / 后退方向切换、锁车功能；系统使用 8MHz 外部 HSE 晶振，SWD 作为程序烧录调试接口。

2.3 评估板实物接口说明

板上 5 个关键接口：

1. ①：24V 电源输入端子，严格注意电源正负极；
2. ②：三相 BLDC 电机接线端子；相序仅会改变电机旋转方向；
3. ③：HALL 霍尔输入预留接口，本无感方案不使用霍尔；
4. ④：SWD 程序调试烧录接口；
5. ⑤：跳线帽，使用评估板时必须接上。

3. 软件程序架构解析

3.1 四层软件分层结构

整个工程分为四层，模块职责划分清晰，便于功能裁剪与二次移植。

1. USER 用户层：main.c 主入口、中断服务文件 user_function.c、参数头文件 parameter.h、板级初始化 board.c。负责系统初始化、参数配置、主循环、状态机调度。
2. HARDWARE 外设驱动层：drv_adc.c、drv_time.c、drv_io.c、drv_opa.c、drv_comp.c、drv_m0cp.c、drv_system.c。完成 GPIO、PWM、ADC、OPA、COMP、M0CP 协处理器、系统时钟底层驱动。ADC 由 TMR1‑OC4 触发 DMA 搬运采样数据。
3. MOTOR_CONTROL 电机控制驱动层：BLDC_SensorLess.c、StateMachine.c。实现相位切换、开环 / 闭环运行、故障处理，全部主、子状态机逻辑。
4. Geehy_MCLIB 电机算法层：提供反电动势过零点检测、数学运算基础库函数。

3.2 主 / 嵌套子状态机完整逻辑

采用主状态机嵌套 RUN 子状态机架构。

四大主状态

1. INIT：系统上电，变量、外设初始化，初始化完成跳转 STOP；
2. STOP：等待速度指令，关闭 PWM 输出；收到有效速度指令进入 RUN；出现错误进入 FAULT；
3. FAULT 故障状态：发生过流、堵转、过欠压等故障停留在此状态；清除故障标记，延时 FAULTRELEASE_TIME 之后回到 STOP；
4. RUN 运行主状态：电机工作，收到停机命令或者故障事件，退出 RUN 状态。

RUN 内部 6 个子状态

1. Run‑calib 校准：完成采样校准，结束后进入 Run‑ready，PWM 关闭；
2. Run‑ready 就绪：清除闭环标记，判断速度指令，超过阈值跳转 Align 预定位；
3. Run‑align 预定位：输出固定占空比 PWM，把电机转子强制对齐到指定位置，计时结束进入 Startup；
4. Run‑startup 开环启动：六步开环拖动电机，等待反电动势能够可靠检测，切换 Spin 闭环；
5. Run‑spin 闭环运行：依靠 ADC 反电动势过零点估算转子位置，执行闭环调速，正常工作主要运行在此状态；
6. Run‑freewheel 惯性滑行停机：短接制动，等待电机转速降低，回到 Ready 就绪状态；故障触发则跳入 FAULT。

3.3 核心外设初始化配置要点

1. 高级定时器 TMR1 (PWM)

• 时钟 1 分频，向上计数模式，重复计数器 = 1；
• 配置死区时间，使能刹车 BKIN 输入，关闭刹车硬件自动输出恢复；
• 使用 PWM2 模式生成互补上下管驱动波形。

2. ADC 配置

• DMA 搬运采样结果，触发源来自 TMR1 的 OC4 事件；开启 ADC 中断与中断优先级配置。

3. OPA 运算放大器 初始化流程：先 DISABLE 全部四路 OPA，配置外部电阻增益模式，再使能 OPA。
4. COMP 比较器（过流保护） COMP1 输出接到 TMR1 BKIN 刹车输入，反向输入接 OPA4 电流采样输出，低电平触发硬件刹车。

3.4 工程关键参数一览表

全部参数存放在parameter.h头文件，更换电机需要针对性修改。

系统参数

底板硬件参数

状态机参数

电机本体 & 速度环参数

4. 标准化整机调试流程

文档给出的调试顺序，移植新电机建议严格按照该顺序开展，降低炸管、启动失败风险：

1. 硬件检查：确认 24V 电源、电机三相接线、仿真器连接；确认接口无短路，接线端子紧固。
2. 参数适配修改：修改parameter.h，填写目标电机极对数、最大电流、转速、采样板硬件参数。
3. 无感校准：执行反电动势采样校准；用示波器观测 BEMF 采样波形，确认采样波形正常。
4. 开环调试：优先只跑开环启动逻辑；如果电机转向错误，修改BLDC_SensorLess.h内部相位顺序配置；示波器观测 PWM 输出波形，调整开环电流、开环启动转速参数，保证开环可以稳定拖动电机。
5. 闭环调试：开环确认正常之后，切入闭环运行；整定速度环 KP/KI Q10 格式 PID 参数，优化转速稳定性。
6. 整机性能测试：接入转速表、负载、功率计，测试最大转速、扭矩、效率，验证过流、堵转、过欠压保护是否正常触发。

评估板实际示波器采集波形，观测反电动势采样波形，可用于判断反电动势过零点识别是否正常，作为调参依据。
声明：本文全部内容转录自极海官方 AN1098 V1.1 应用笔记，实际产品开发需要结合 SDK 例程、芯片数据手册、电机本体特性完成整机验证。