微控制器（MCU）芯片是电机控制领域最常用的硬件实现方案,其在性能和可靠性方面均具有一定优势。目前市面上的MCU产品大多为通用MCU,面向特定应用场景的专用MCU并不多见;且主流的32位MCU均基于ARM内核,需支付高昂的授权费。因此,设计一款基于开源RISC-Ⅴ架构的电机控制专用MCU,既能以最少的电路资源实现所需功能,从而降低芯片功耗与面积;又能规避知识产权风险,以实现芯片的自主可控。本文在研究了电机控制理论的基础上,完成了以下工作:1.根据定义的功能需求,利用Verilog HDL设计了电机控制专用MCU芯片的RTL级代码,主要包含处理器内核、外围设备、系统总线和中断控制等电路模块。其中内核基于RISC-Ⅴ指令集架构,采用三级流水线结构,主要用于指令执行与数据运算;外设包含PWM、定时器、看门狗、USI以及GPIO模块,用于实现电机控制功能;系统总线用于实现各模块间的通信;中断控制模块用于产生或接收中断请求,并仲裁其优先级。2.利用ModelSim软件搭建了仿真验证平台,对所设计的MCU进行了功能仿真验证,仿真流程为从电路模块级仿真到子系统级仿真。仿真结果表明,该MCU各个模块的表现与预设情况一致,能够正确执行指令、处理数据以及产生电机控制信号。3.对该MCU进行了 FPGA原型验证和系统级测试。将所设计的代码移植到FPGA开发板上,并利用Quartus Ⅱ软件平台进行了验证。随后结合电源、电机驱动器及电机本体搭建了一个完整的电机驱控系统,并对系统进行了基于实际电机控制场景的软硬件协同测试。测试结果表明,该MCU能够正确执行用于电机控制的C语言软件代码,并根据位置式PID算法对电机进行调速。根据一系列仿真、验证与实测结果可以得出结论,所设计的MCU能够正确执行由高级语言编写的软件代码,将软件算法利用硬件电路实现。电路中各个子模块均能正常工作,并能实现对电机启停、位置以及转速的控制,各项功能均符合设计指标。