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采用TB6612FNG驱动器件实现单、双直流电机数字控

所属分类:凤凰彩票平台新闻 发布时间:2019-06-14 10:26 作者:凤凰彩票_凤凰彩票 文章来源:凤凰彩票平台

  随着PWM脉宽调制方式成为直流电机速度控制的主流,在当前的电机驱动控制设计中,集成驱动芯片逐渐取代了传统,以其精确的数字控制、较强的输出能力等特点得到了广泛的应用。本设计中使用的TB6612FNG是一款新型驱动器件,能独立双向控制2个直流电机,它具有很高的集成度,同时能提供足够的输出能力,运行性能和能耗方面也具有优势,因此在集成化、小型化的电机控制系统中,它可以作为理想的

  TB6612FNG是东芝半导体公司生产的一款直流电机驱动器件,它具有大电流MOSFET-H桥结构,双通道电路输出,可同时驱动2个电机。

  TB6612FNG每通道输出最高1.2 A的连续驱动电流,启动峰值电流达2A/3.2 A(连续脉冲/单脉冲);4种电机控制模式:正转/反转/制动/停止;PWM支持频率高达100 kHz;待机状态;片内低压检测电路与热停机保护电路;工作温度:-20~85℃;SSOP24小型贴片封装。

  如图1所示,TB6612FNG的主要引脚功能:AINl/AIN2、BIN1/BIN2、PWMA/PWMB为控制信号输入端;AO1/A02、B01/B02为2路电机控制输出端;STBY为正常工作/待机状态控制引脚;VM(4.5~15 V)和VCC(2.7~5.5 V)分别为电机驱动电压输入和逻辑电平输入端。

  TB6612FNG是基于MOSFET的H桥集成电路,其效率高于晶体管H桥驱动器。相比L293D每通道平均600 mA的驱动电流和1.2 A的脉冲峰值电流,它的输出负载能力提高了一倍。相比L298N的热耗性和外围二极管续流电路,它无需外加散热片,外围电路简单,只需外接电源滤波电容

  就可以直接驱动电机,利于减小系统尺寸。对于PWM信号,它支持高达100 kHz的频率,相对以上2款芯片的5 kHz和40 kHz也具有较大优势。

  图2所示为TB6612FNG与A组成的电机控制单元。单片机定时器产生4路PWM输出作为AIN1/AIN2和BIN1/BIN2控制信号,如图2中OCxA、0CxB对电机M1和M2的控制。采用定时器输出硬件PWM脉冲,使得单片机CPU只在改变PWM占空比时参与运算,大大减轻了系统运算负担和PWM软件编程开销。输入引脚PWMA、PWMB和STBY由I/0电平控制电机运行或制动状态以及器件工作状态。电路采用耐压值25 V的10μF电解电容和0.1μF的电容进行电源滤波,使用功率MOSFET对VM和VCC提供电源反接保护。

  脉宽调制方式产生占空比变化的PWM信号,通过对驱动器输出状态的快速切换,实现电机的速度控制。PWM占空比的大小决定输出电压平均值,进而决定电机的转速。文中采用单极性、定频调宽的PWM调制方式,保证电机调速控制的稳定性。TB6612FNG的逻辑线所示。该器件工作时STBY引脚置为高电平;IN1和IN2不变,调整PWM引脚的输入信号可进行电机单向速度控制;置PWM引脚为高电平,并调整IN1和IN2的输入信号可进行电机双向速度控制。表中A、B两通道的控制逻辑相同。

  单片机定时器PWM输出设置如图3所示。首先需设置T/C中断屏蔽MSKx使能定时器溢出中断。其次分别设置T/C控制寄存器TCC-RxA和TCCRxB选择PWM模式和预分频比,最后将控制信号引脚I/0置为输出。程序运行时,每当定时器计数产生溢出,CPU响应中断,定时器回零后重新开始计数。

  以下列出的示例代码设置为快速PWM反向输出模式,当系统时钟记为fclk时,PWM输出频率fPWM=fclk/64/256。

  为获得更高的PWM波形精度,可以采用相位修正的PWM输出模式,不过在精度提高的同时,fPWM也将减半,以下代码得到fPWM=fclk/64/512。

  PWM占空比大小的改变通过对输出比较寄存器OCRxx的数值操作来实现,例如当OCRxx=203时,占空比为204/256=80%。编程时将速度变量值写入OCRxx寄存器,从而达到改变占空比和对电机调速的目的。

  文中通过电位器调速试验来检测TB6612FNG的PWM控制与电机输出转速间的线性关系。单片机ADC对精密多圈电位器的电压值进行采样,用于控制电机转速。程序流程如图4所示。首先进行电机控制信号的初始化,接着通过设置ADC控制状态寄存器ADCSRA和ADC多路复用选择寄存器ADMUX选择ADC频率和通道,然后选取合适的样本数量,对ADC循环采样并计算样本均值作为当前速度值,代入速度函数。

  试验中,随着电位器阻值的调整,TB6612FNG输出端电压测量值成比例变化,同时对电机实现启停和加减速控制,达到了预期试验效果,表明其输出和PWM输入之间具有良好的线FNG在轮式移动机器人平台的应用

  为研究差速驱动方式的运动学特性和机器人路径规划算法,开发了一个轮式移动机器人试验平台,在其中应用TB6612FNG对机器人的2个驱动电机进行控制。平台以单片机为控制核心,能实现零半径转向、轨迹跟踪、路径搜索等功能,并通过按键

  液晶显示等单元进行操作和指示,是一个较为完整的小型机电运动控制系统。如图5所示,系统硬件电路主要由电源、控制、传感、电机驱动、操作与指示等单元组成。系统采用

  组供电,通过稳压电路输出VM和VCC2路电压。稳压电路主要由开关型稳压器LM2576和三端稳压器7805构成,前者能提供输出电流最高3 A的VM,对电机驱动等单元供电,后者将电源稳压至VCC(+5 V),对单片机及其外嗣电路供电。

  选用高性能低功耗的ATmega系列单片机作为控制核心,其运算速度高达1

  PS/MHz,具有多路PWM和ADC,适用于小型机器人和电机控制系统的开发。单片机通过ADC或I/O连接传感器,同时定时器产生硬件PWM作为电机驱动控制信号。传感单元由光电和测距传感器等构成。移动机器人系统由按键开关和传感信号等组成前向通道,由PWM控制、TB6612FNG、电机及液晶等组成后向通道。控制系统通过传感器获取机器人运行位置信息,利用单片机对其进行读取和计算,由数字

  D方式得到控制信号并输出至驱动器件,实时调整电机转速。PID控制基本流程如图6所示,其中比例项P为读取位置与给定位置的偏差;积分项I为P值的累加;微分项D为相邻P值之差;Kp、Ki、Kd为PID参数。C为PID计算得到的调节控制量,B为设定的驱动电机基本转速,speedL和speedR分别为左右驱动电机的转速信号。系统启动后,循环执行流程,当运行位置发生偏离时,速度调节的计算结果由单片机输出,经AIN1/AIN2和BIN1/BIN2输入至TB6612FNG,对电机转速进行快速调整,实现机器人位姿的校正和位置偏差的纠正,直到终点标志或接收停止指令。

  试验表明,在系统高速运行时,TB6612FNG对驱动电机的调速能够保持较好的连续性和平稳性。PID参数的设定对系统运行有很大影响,应根据运行控制要求,通过反复试验调整确定PID参数,选取Kp、Ki、Kd的最优组合以取得良好的控制效果。系统取消积分环节,采用PD控制时,也能够得到较好的运行结果。

  1)器件输出状态在驱动/制动之间切换时,电机转速和PWM占空比之间能保持较好的线性关系,其运行控制效果好于器件在驱动/停止状态之间切换,所以表1中的INl/IN2一般不采用L/L控制组合。

  2)fPWM较高时,电机运行连续平稳、噪音小,但器件功耗会随频率升高而增大;fPWM较低时,利于降低功耗,并能提高调速线性度,但过低的频率可能导致电机转动连贯性的降低。通常fPWM>

  1 kHz时,器件能够稳定的控制电机。

  3)过大的PWM占空比会影响电机驱动电流的稳定性和器件的输出负载能力,应根据不同的速度要求合理设定占空比范围。

  中应保证足够面积的覆铜,这样有助于散热,利于器件长时间稳定工作。5 结束语

  利用TB6612FNG和单片机构成直流电机控制单元,并将其应用在差速驱动的轮式移动机器人系统中。试验运行表明,这款器件与单片机结合应用能够实现灵活稳定的电机驱动控制。TB6612FNG在集成性、运行性能和输出能力等方面达到了较好的平衡,适用于单、双直流电机数字控制系统的设计开发。

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  LM45系列是精密集成电路温度传感器,其输出电压与摄氏(摄氏)温度成线不需要任何外部校准或微调,即可在室温下提供2C的精度,在整个-20至+ 100C的温度范围内提供3C的精度。通过晶圆级的修整和校准确保低成本。 LM45的低输出阻抗,线性输出和精确的固有校准使得与读出或控制电路的接口特别容易。它可以与单个电源一起使用,也可以与正负电源一起使用。由于它的电源消耗仅为120A,因此自然发热非常低,静止空气中的自热温度低于0.2C。 LM45的额定工作温度范围为-20至+ 100C。 特性 直接以摄氏度(摄氏度)校准 线 mV /C比例因子

  3C精度保证 额定为-20至+ 100C范围 适用于远程应用 由于晶圆造成的低成本-Llevel Trimming 工作电压范围为4.0V至10V 电流消耗小于120 低自热,静止空气中为0.20C 非线C最大温度 低阻抗输出,20 mA...

  LM62是一款精密集成电路温度传感器,可在+ 3.0V单电压下工作,检测0C至+ 90C温度范围供应。 LM62的输出电压与摄氏(摄氏)温度(+15.6 mV /C)成线 mV的直流偏移。偏移允许读取温度低至0C而无需负电源。在0C至+ 90C的温度范围内,LM62的标称输出电压范围为+480 mV至+1884 mV。 LM62经过校准,可在室温和+ 2.5C /-2.0C范围内提供2.0C的精度,温度范围为0C至+ 90C。 LM62的线 mV偏移和工厂校准简化了在需要读取温度低至0C的单电源环境中所需的外部电路。由于LM62的静态电流小于130A,因此在静止空气中自热仅限于0.2C。 LM62的关断功能是固有的,因为其固有的低功耗允许它直接从许多逻辑门的输出供电。 特性 校准线 mV /C 额定0C至+ 90C适用于远程应用的3.0V电压范围 关键规格 25C2.0或3.0时的精度C(最大) ...

  LM135系列是精密,易于校准的集成电路温度传感器。作为双端齐纳二极管,LM135的击穿电压与10 mV /K时的绝对温度成正比。该器件的动态阻抗小于1,工作电流范围为400A至5 mA,性能几乎没有变化。在25C下校准时,LM135在100C温度范围内的误差通常小于1C。与其他传感器不同,LM135具有线的应用包括几乎任何类型的温度检测,温度范围为-55C至150C。低阻抗和线性输出使得与读出或控制电路的接口特别容易。 LM135工作温度范围为-55C至150C,而LM235工作温度范围为?? 40 C至125C的温度范围。 LM335的工作温度范围为-40C至100C。 LMx35器件采用密封TO晶体管封装,而LM335也采用塑料封装 特性 直接校准至开尔文温度 1C初始准确度 工作电流范围为400A至5 mA 小于1动态阻抗 轻松校准 宽工作温度范围 200 C超范围 低成本 ...

  LOG112和LOG2112是多功能集成电路,可计算输入电流相对于参考电流的对数或对数比。 LOG112和LOG2112的V LOGOUT 被调整为每十倍输入电流0.5V,确保在宽动态范围的输入信号上具有高精度。 LOG112和LOG2112具有2.5V基准电压源,可用于使用外部电阻产生精密电流基准。 低直流偏移电压和温度漂移可在指定温度范围内精确测量低电平信号。 C至+ 75C。 特性 易于使用的完整功能 输出缩放放大器 片上2.5V电压参考 高精度:0.2%FSO超过5个十年 宽输入动态范围: 7.5十年,100pA至3.5mA 低电流电流:1.75mA 宽电源范围:4.5V至18V 封装:SO-14(窄)和SO-16 应用 日志,日志比率: 通信,分析,医疗,工业,测试,一般仪器 光电信号压缩放大器 模拟信号压缩模拟前后的模拟信号压缩-DIGITAL(A /D)转换器 吸光度测量 ...

  LMX2485Q-Q1 用于射频个人通信的汽车类 Δ-Σ 低功率双路 PLL

  LMX2485Q-Q1是一款带有辅助性整数N PLL的低功耗,高性能Δ-Σ分数N PLL。该器件采用TI高级工艺制造。 凭借Δ-Σ架构,低偏移频率下的分数杂波被推至回路带宽之外的更高频率。将杂波和相位噪声能量推至更高频率的能力是调制器阶数功能的直接体现。与模拟补偿不同,LMX2485Q-Q1采用的数字反馈技术对于温度变化和晶圆制造工艺变化的抗扰度较高.LMX2485Q-Q1Δ-Σ调制器经编程最高可达四阶,允许设计人员根据需要选择最优调制器阶数,从而满足系统对于相位噪声,杂波和锁定时间的要求。 对LMX2485Q-Q1进行编程的串行数据通过三线MHz)MICROWIRE接口进行传输.LMX2485Q-Q1提供精确的频率分辨率,低杂波,快速编程以及改变频率的单字写入功能。这使其成为直接数字调制应用的理想选择。此类应用的N计数器通过信息直接调制.LMX2485Q-Q1采用4.0mm×4.0mm×0.8mm 24引脚超薄型四方扁平无引线(WQFN)封装。 特性 实现低分频系数分频的四模预分频器 射频(RF)锁相环(PLL ):8/9/12/13或16/17/20/21 中频(IF)PLL:8/9或16/17

  LMX2615-SP 具有相位同步功且支持 JESD204B 的航空级 40MHz 至 15GHz 宽带合成器

  LMX2615-SP是一款高性能宽带锁相环(PLL),集成了电压控制振荡器(VCO)和稳压器,可输出40MHz的任何频率和没有倍频器的15 GHz,无需½谐波滤波器。此设备上的VCO覆盖整个八度音程,因此频率覆盖范围可达40 MHz。高性能PLL具有-236 dBc /Hz的品质因数和高相位检测器频率,可以实现非常低的带内噪声和集成抖动。 LMX2615-SP允许用户同步设备的多个实例的输出。这意味着可以从任何用例中的设备获得确定性阶段,包括启用分数引擎或输出分频器的设备。它还增加了对生成或重复SYSREF(符合JESD204B标准)的支持,使其成为高速数据转换器的理想低噪声时钟源。 该器件采用德州仪器制造?先进的BiCMOS工艺,采用64引脚CQFP陶瓷封装。 特性 辐射规格 单一事件闩锁

  总电离剂量达到100krad(Si) 40 MHz至15 GHz输出频率 -110 dBc /Hz相位采用15 GHz载波的100 kHz偏移噪声 8 GHz(100 Hz至100 MHz)时54 fs RMS抖动 可编程输出功率 PLL关键规格 品质因数:-236 dBc /Hz 归一化1 /f噪声:-129dBc /Hz 高达200 MHz相位检测器频率

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