从“芯”出发，航顺HK32M060助力冰箱压缩机智控升级
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- 2025-02-11
知名冰箱品牌计划推出新一代节能静音冰箱，重点提升控制精度。这对压缩机的性能提出了极高要求。现有的控制系统在转速调控上精度不足，只能达到 ±30 RPM，导致冰箱制冷波动大、能耗高；温度监测也仅能精确到 ±2℃，无法满足保鲜需求，急需升级。
工程师老陈接受了任务，负责研发新一代冰箱压缩机控制系统，核心是找到一款高性能、低成本且易于开发的微控制器（MCU），实现冰箱压缩机的精准智能控制，提升冰箱整体品质。
老陈听闻航顺 HK32M060 MCU 具有出色的性能指标，开始收集资料、联系航顺的技术支持团队，深入了解这款 MCU的功能特性，评估其应用于冰箱压缩机控制系统的可行性。他们仔细研读 HK32M060 的数据手册，发现其内置的 32 位高性能 ARM® Cortex® M0内核，运行频率最高可达 48MHz，相比旧款 MCU 运算速度大幅提升，这意味着能更快处理压缩机复杂的运行数据。
航顺技术员热情回应，提供了详细的技术文档、开发板以及案例参考。老陈拿到开发板后，看到 HK32M060 MCU 丰富的外设接口，眼睛一亮。它配备了 3 个 16 位高精度定时器，其中定时器 1 带有 3 路互补输出，能精准输出 PWM 波驱动压缩机电机，确保转速平稳调节；还有 12 位快速 ADC 转换模块，转换速率高达 1Msample/s，配合内部高精度基准电压源，可对压缩机的温度、压力等模拟信号进行快速精确采集，误差极小，这些功能恰好能满足压缩机对转速控制、温度监测的精准需求，老陈决定尝试此方案。
在开发过程中，遇到了兼容性问题，新 MCU 与原有的部分传感器通信异常，导致压缩机启动不稳定，测试样机频繁报错。此时，项目进度紧迫，一方面是继续耗费时间自行排查解决兼容性问题，可能延误新品上市；另一方面是放弃航顺 HK32M060 MCU，换回旧方案，但无法实现预期的性能提升。老陈研发团队经过激烈讨论，决定向航顺的专家团队求助，同时内部全力配合排查问题根源。
航顺技术员迅速响应，与老陈研发团队一起协作，经过数天日夜奋战，终于发现是通信时序上的一个微小偏差。原来，HK32M060 MCU 在 SPI 通信模式下，时钟极性与原传感器默认设置有冲突。专家指导研发人员通过调整软件代码，重新配置 SPI 时钟极性，并在硬件上增加了简单的 RC 滤波电路来优化信号质量，完美解决兼容性问题。搭载航顺 HK32M060 MCU 的冰箱压缩机系统稳定运行，转速控制精度达到前所未有的 ±5 RPM，温度监测误差控制在 ±0.5℃ 以内，实现了高效节能与超静音运行。新冰箱一经推出市场，凭借卓越性能大获好评，销量远超预期。
航顺HK32M060方案特色
● 可靠的无感启动算法
● 单电阻采样，重构电机三相电流
● 电流环、速度环PI控制
● 无感观测器，估算电机位置准确
● 压缩机弱磁控制
● 具有多种保护措施：过流保护、缺相保护、过压保护、欠压保护、过载保护、过温保护、堵转保护
航顺HK32M060方案介绍
航顺HK32M060冰箱压缩机变频方案采用无感FOC算法，该算法基于磁链观测器，从三相输出电压的整体效果出发使电机获得较为理想的圆形磁链轨迹，通过观测的磁链分量获得观测的角度，再通过锁相环获得速度和角度。电机控制系统为闭环控制，内环为电流环，外环为速度环。电机启动分为定位、强拖和闭环三个步骤。HK32M060支持3路内部OPA，GBW 6MHz，压摆率8V/us，在动态负载场景下转速跟随性能非常好。
产品系统框图
实物图
航顺HK32M060系列MCU主要规格
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CPU 内核
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ARM® Cortex® -M0
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最高时钟频率：48MHz
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24 位 System Tick 定时器
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工作电压范围
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单电源域（主电源 VDD）：2.2V~5.5V
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工作温度范围：-40°C ~ +105°C
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典型工作电流
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运行模式（Run）
-2mA@5V@8MHz
-7.6mA@5V@48MHz
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睡眠模式（Sleep）
- 0.8mA@5V@40kHz
-1.7mA@5V@8MHz
-4.7mA@5V@48MHz
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停机模式（Stop）
-正常模式（Normal）：0.35mA@5V@40kHz
-低功耗模式（Low-Power）：8.83μA@5V@40kHz
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存储器
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64 Kbyte Flash
-CPU 主频不高于 24MHz 时，支持 0 等待总线周期访问 Flash。
-Flash 具有数据安全保护功能，可分别设置读保护和写保护。
-支持 Flash 存储的指令和数据加密，可防止 Flash 内容受到物理攻击。
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8Kbyte SRAM
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时钟
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外部高速时钟（HSE）：4~32MHz
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外部低速时钟（LSE）：32.768kHz
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片内高速时钟（HSI）：8/12/48MHz
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片内低速时钟（LSI）：40kHz
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PLL 时钟：1~48MHz
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GPIO 外部输入时钟：5~30MHz
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复位
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外部管脚复位（NRST 引脚）
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选项字节装载器复位
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窗口看门狗计数终止（WWDG 复位）
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独立看门狗计数终止（IWDG 复位）
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电源复位（POR/PDR/BOR）
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软件复位（SW 复位）
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低功耗管理复位
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GPIO 端口
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支持最多 44 个 GPIO 端口
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1 个 DMA 控制器
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带 5 个通道，可选择不同的请求源。
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支持 TIM、SPI、I2C、UART、ADC 等多种外设触发
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数据通信接口
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2 路 UART
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1 路 I2C
-1MHz /400kHz/100kHz 传输模式
-在停机模式（Stop）下，支持数据接收唤醒
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1 路高速 SPI
-最高 18Mbps 传输速率
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定时器
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1 个 16 位电机专用高级定时器（TIM1）
-3 路 PWM 输出，均带 PWM 前后不对称死区互补输出
-支持外部管脚信号刹车以及内部比较器输出信号刹车
-支持 CC1~CC6 通道多点比较输出触发 ADC
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2 个通用定时器
-1 个 32 位通用定时器（TIM2）
-1 个 16 位通用定时器（TIM3）
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1 个 16 位基本定时器（TIM6）
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除法和开方运算单元（DVSQ）
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支持 32 位定点数除法，可同时得到商和余数
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支持 32 位定点数高精度开方
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电机加速硬件单元（EMACC）
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支持 Cordic 运算，用于正余弦计算
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支持 Clarke、Park 和反 Park 运算
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支持 SVPWM
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支持 1 路高速电机数据传输通道（Trace）
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片内模拟电路
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1 个 12 位双路采保 SAR ADC（最多 10 路外部模拟信号输入通道）
-12 位分辨率
-最高转换频率：1MSPS
-有两个独立采样保持单元，可同一时刻对两个信号进行采样
-支持 4 个独立队列和 1 个测试队列转换
-支持自动连续转换、扫描转换功能
-支持常规队列中通道替换功能
-支持多个硬件触发源（TIM1_TRGO、TIM1_CCx、GPIO 输入事件等）
-支持常规队列中多次采样数据平均功能
-独立的通道数据结果寄存器
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内部参考电压
-内部参考电压输出连接到 ADC 的独立通道
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4 个电压比较器
-比较器的参考电压可来自外部信号输入，也可来自内部 8 位 DAC
-比较器的输出可作为高级定时器的刹车
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3 个运算放大器
-放大倍数可编程
-放大器的输出信号可以到管脚也可从内部到 ADC 的采样通道
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96 位芯片 UID 标识
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用作序列号和安全密钥
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激活安全自举过程
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CPU 跟踪与调试
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SWD 调试接口
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ARM® CoreSightTM调试组件（ROM-Table、DWT 和 BPU）
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自定义 DBGMCU 调试控制器（低功耗模式仿真控制、调试外设时钟控制、调试及跟踪接口分配）
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可靠性
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通过 HBM5500V/CDM2000V/LU250mA 等级测试。
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