小车电机模块解析
电机驱动选用的是 DRV8701E Ti 全桥驱动芯片. (“Ti” 指 Texas Instruments, 指德州仪器生产的)
“全桥”, 指 “H 桥”, 即四个开关 (通常是晶体管) 组成, 形成一个 “H” 形的电路, 通过控制这四个开关的开闭, 可以改变电机的转向, 或者控制电机的速度.
DRV8701E 可以用于驱动: 一个双极步进电机, 两个直流电机.
电机介绍
直流电机
DC motor, 是一种将电能转换为机械能的设备. 它工作在直流电源下, 基于电磁定律, 即通过电流和磁场的相互作用产生力, 从而驱动电机转动. 直流电机的转速可以通过改变电源电压或电流来调整, 而转向则可以通过改变电流的方向来实现.
双极步进电机
Stepper Motor, 是一种特殊的电机, 可以将电脉冲信号转换为角位移或线位移. 它的运动是以固定的角度 (称为 “步进角”) 进行的, 这些步进角加在一起形成了一个完整的旋转.步进电机的主要优点是, 它可以直接由数字脉冲控制, 而不需要像其他电机那样使用反馈控制系统.
而 bipolar, 指每个线圈有两个端口接入电源, 电流可以在两个方向上通过线圈. 这允许电机在两个方向上运行, 也就是可以通过切换电流来切换电机转动方向.
DRV8701E 手册重要信息记录
主要需要知道两点:
- 如何控制电机速度
- 如何控制电机方向
引脚方面:
- 哪个是 PWM 输入
- 哪个是方向控制
- 哪个接电源
- 哪个接地
电气方面:
- 供电电压是多少
- 电流限制是多少
时序方面:
- PWM 如何影响电机速度
编程接口方面:
- 哪一个引脚
- 什么通信协议
RGE, VQFN 封装的引脚图
供电电压
需要 5.9V 到 45V 之间.
两种型号与控制接口
有:
- DRV8701E, 使用 PH/EN (PHase/ENable) 接口
- DRV8701P, 使用 PWM 接口
使用 PH/EN 接口, 则通过控制 PH/EN 引脚的电平来控制电机的正反转和使能. (该方式更简单)
使用 PWM 接口, 则通过 PWM 引脚的占空比来控制电机的转速, 然后用 DIR 引脚控制电机的正反转. (该方式更为复杂)
输入电压支持
支持 1.8V, 3.3V 和 5V 逻辑输入.
Low-power mode 设置
将 nSLEEP 引脚置低, 则可设置为 sleep mode.
PH/EN 引脚配置
似乎是 PH 引脚控制方向, EN 引脚控制转速.
在 STM32 中, 你可以通过 GPIO (General Purpose Input/Output) 接口来控制 PH 引脚, 以改变电机的旋转方向. 同时, 你可以通过 PWM (Pulse Width Modulation) 接口来控制 EN 引脚, 以改变电机的速度.
控制接口配置 table
普通引脚配置 table
- “VM” 引脚, 指 “Motor Voltage”, 即电机的电源电压输入引脚, 通常连接到电源, 为电机提供动力.
- “VCP” 引脚, 指 “Charge Pump Voltage”, 该引脚输出一个特殊的电压, 这个电压由 IC 内部的电荷泵产生. 电荷泵可以生成高于输入电压的电压, 用于驱动一些需要高电压的部件
- “CPH”, “CPL” 引脚, 指 “Charge Pump High”, “Charge Pump Low”, 这两个引脚连接到一个外部电容器, 这个电容器帮助电荷泵工作
- “DVDD” 引脚, 指 “Digital Supply Voltage”, 这个引脚连接到电源, 为 IC 内部的数字电路供电
- “AVDD” 引脚, 指 “Analog Supplu Voltage”, 这个引脚连接到电源, 为 IC 内部的模拟电路供电
- “nSLEEP” 输入引脚, 指 “Negative Sleep”, 这个引脚接收一个信号来控制 IC 是否进入休眠模式. 如果接收到低电平信号, IC 就会进入休眠模式, 不再工作, 以节省电能
- “IDRIVE” 输入引脚, 指 “Drive Current”, 个引脚用来设置电机驱动电流的大小
- “VREF” 引脚, 指 “Reference Voltage”, 这个引脚连接一个输入参考电压, 这个参考电压用于比较或设置其他电压
- “nFAULT” 引脚, 指 “Negative Fault”, 这个引脚用来告诉外部电路 IC 是否出现了错误. 如果 IC 内部检测到错误, 这个引脚就会输出低电平信号
- “SNSOUT” 引脚, 指 “Sense Output”, 这个引脚输出一个电压信号, 这个电压信号的大小与电机的电流大小成正比
- “SO” 引脚, 指 “Sense Output”, 这个引脚和 SNSOUT 的功能相同, 都是输出一个与电机电流大小成正比的电压信号
- “SN” 和 “SP” 引脚, 指 “Sense Negative”, “Sense Positive”, 两个引脚连接一个电流感测电阻。电流通过这个电阻时, 会在电阻两端产生一个电压, 这个电压的大小与电流的大小成正比
- “GH1” 和 “GH2” 引脚, 指 “Gate High1”, “Gate High2”, 这两个引脚输出一个电压信号，这个信号用于控制 N-通道 MOSFET 的开关状态, 从而控制电机的旋转方向
- “GL1” 和 “GL2” 引脚, 指 “Gate Low1”, “Gate Low2”, 这两个引脚输出一个电压信号, 这个信号用于控制 P-通道 MOSFET 的开关状态, 从而控制电机的旋转方向
- “SH1” 和 “SH2” 引脚, 指 “Source High1”, “Source High2”, 这两个引脚连接到 N-通道 MOSFET 的源极. 在 MOSFET 工作时, 电流从源极流出
VCP, CPH, CPL, DVDD. AVDD, nSLEEP, IDRIVE, VREF. nFAULT, SNSOUT, SO, SN, SP, GH1, GH2, GL1, GL2, SH1, SH2 这些引脚分别是什么英文的缩写, 各引脚有什么作用
驱动步进式电机
- WaveDrive
- FullDrive
(各什么意思)