电机驱动及控制模块.doc

3.3 电机驱动及控制模块3.3.1 电机特性小车前进的动力是通过直流电机来驱动的，直流电机是最早出现的电动机，也是最早能实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。它具有良图7 主、从单片机小系统应用电路好的线性调速特性，简单的控制性能，较高的效率，优异的动态特性。系统选用的大谷基础车的260马达作为驱动电机。其额定电压为3-12V，额定功率0.02KW，额定转速3000r/min 。近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化，随着计算机进入控制领域，以及新型的电力电子功率元件的不断出现，使采用全控制型的开关功率元件进行脉冲调制（Pulse Width Modulation简称PWM）控制方式已经成为主流，这种控制方式容易在单片机控制中实现。PWM技术的具体有点：调速范围宽，可以使电机安全地工作在每分钟几转到全速运转；效率高，电源能源损耗小；易于数字量控制；应用广泛，PWM技术不仅可以用在电机调速，还可以在直流电压、交流变频控制等领域有很大应用。3.3.2电路设计本系统直流电机驱动及控制模块采用NEC公司电机控制ASSP芯片MMC-1以及双H驱动桥IC L298N芯片。MMC-1 为多通道两相四线式步进电机/直流电机控制芯片，通过 UART 或 SPI 串行接口，为主控 MCU 扩展专用电机控制功能，可同时控制三路步进电机或直流电机。主要功能特点（直流电机控制部分）如下：（1）三通道步进电机或直流电机控制，电机类型可以自由配置（2）主控 MCU 通过 UART 或者 SPI 串型接口控制（3）直流电机的正反转控制（4）直流电机的速度控制 256 档（5）过电流检测功能（6）两通道、三通道同步功能（7）睡眠模式（8）供电电压：Vdd=2.7V5.5V芯片的封装如图8所示 图8 MMC-1芯片外部引脚封装图通过单片机的TXD和RXD口分别与芯片的13(TXD/SO)管脚和14(RXD/SI)管脚进行数据通信，实现单片机对芯片的各个功能模块的设置。8(USRT/SPI)管脚为串行通讯模式选择，高电平为UART模式，低电平为SPI模式，本系统中使用UART模式，故使8管脚直接接电源正极。MMC-1芯片的1管脚（CH1SEN）、30管脚（CH2SEN）和29管脚（CH3SEN）分别为3个电机通道的过流检测端，若不使用可通过10K电阻接地。6（RESET）为MMC-1复位管脚，低电平有效。故本系统中把该端接高电平（电源正极串接一个10K电阻后接入该端）。电源端Vdd=2.7V-5.5V。9(SLEEP)管脚若输入逻辑低电平，MMC-1进入睡眠模式，本系统中无需使用该功能，把该管脚直接接电源正极。每一路直流电机需要CHnDCPWM和CHnDCDIR两个引脚（n=13），CHnDCPWM用于PWM输出，CHnDCDIR用于指定电机的转向，外接一个全桥驱动芯片就可以控制直流电机工作。输出频率固定16KHz，通过调节占空比控制电机转速。本系统使用通道1和通道2分别控制2个直流电机。如图9所示。图9 MMC-1控制直流电机应用电路 图10 L298芯片管脚封装图双H桥驱动芯片L298内包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即2个H-Bridge的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准的TTL逻辑准位信号，可以驱动46V、2A以下的直流电机，且可以直接透过电源调节输出电压。L298的芯片的管脚封装如图10所示。1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感器，在本系统中未用到，因此直接接地，防止干扰。L298可以驱动两个电极，OUT1、OUT2、和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。ENA，ENB，接控制使能端，控制电机的停转，电机的转速控制也是通过L298的这两个引脚（即ENA和ENB）来实现的。当ENA(ENB)为逻辑1，电机可以运转，当ENA(ENB)为逻辑0，电机停止运转。当ENA(ENB)引脚输入的是PWM信号，由于PWM信号有一定的频率，因此电机的启停状态都是在瞬间完成的。但是由于电机的物理特性及电机转动的惯性的原因。电机不可能在瞬间完成启动与停止。因此，之歌时候可以等效的把加到电机两端的点啊等于VDD除以这个PWM波形的占空比。占空比越大，电机运转地越快，占空比越小，电机运转地越慢，这样，我们只要调节输入到ENA(ENB)的PWM波形的占空比，就可以轻松地条件电机的转速。因此，结合MMC-1和L298，电机驱动及控制模块的电路如图7所示。其中八个续流二极管防止电机线圈