TB6612FNG簡介及其與單片機的直流電機控制系統(tǒng)設(shè)計

　本設(shè)計中使用的TB6612FNG是一款新型驅(qū)動器件，能獨立雙向控制2個直流電機，它具有很高的集成度，同時能提供足夠的輸出能力，運行性能和能耗方面也具有優(yōu)勢，因此在集成化、小型化的電機控制系統(tǒng)中，它可以作為理想的電機驅(qū)動器件。

　　1 TB6612FNG簡介

　　TB6612FNG是東芝半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款直流電機驅(qū)動器件，它具有大電流MOSFET-H橋結(jié)構(gòu)，雙通道電路輸出，可同時驅(qū)動2個電機。

　　TB6612FNG每通道輸出最高1.2 A的連續(xù)驅(qū)動電流，啟動峰值電流達(dá)2A/3.2 A(連續(xù)脈沖/單脈沖);4種電機控制模式：正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)/制動/停止;PWM支持頻率高達(dá)100 kHz;待機狀態(tài);片內(nèi)低壓檢測電路與熱停機保護(hù)電路;工作溫度：-20～85℃;SSOP24小型貼片封裝。

　　如圖1所示，TB6612FNG的主要引腳功能：AINl/AIN2、BIN1/BIN2、PWMA/PWMB為控制信號輸入端;AO1/A02、B01/B02為2路電機控制輸出端;STBY為正常工作/待機狀態(tài)控制引腳;VM(4.5～15 V)和VCC(2.7～5.5 V)分別為電機驅(qū)動電壓輸入和邏輯電平輸入端。

　　TB6612FNG是基于MOSFET的H橋集成電路，其效率高于晶體管H橋驅(qū)動器。相比L293D每通道平均600 mA的驅(qū)動電流和1.2 A的脈沖峰值電流，它的輸出負(fù)載能力提高了一倍。相比L298N的熱耗性和外圍二極管續(xù)流電路，它無需外加散熱片，外圍電路簡單，只需外接電源濾波電容

　　就可以直接驅(qū)動電機，利于減小系統(tǒng)尺寸。對于PWM信號，它支持高達(dá)100 kHz的頻率，相對以上2款芯片的5 kHz和40 kHz也具有較大優(yōu)勢。
2 電機控制單元設(shè)計

　　2.1 單元硬件構(gòu)成

　　圖2所示為TB6612FNG與AVR單片機組成的電機控制單元。單片機定時器產(chǎn)生4路PWM輸出作為AIN1/AIN2和BIN1/BIN2控制信號，如圖2中OCxA、0CxB對電機M1和M2的控制。采用定時器輸出硬件PWM脈沖，使得單片機CPU只在改變PWM占空比時參與運算，大大減輕了系統(tǒng)運算負(fù)擔(dān)和PWM軟件編程開銷。輸入引腳PWMA、PWMB和STBY由I/0電平控制電機運行或制動狀態(tài)以及器件工作狀態(tài)。電路采用耐壓值25 V的10μF電解電容和0.1μF的電容進(jìn)行電源濾波，使用功率MOSFET對VM和VCC提供電源反接保護(hù)。

　　2.2 電機控制的軟件實現(xiàn)

　　脈寬調(diào)制方式產(chǎn)生占空比變化的PWM信號，通過對驅(qū)動器輸出狀態(tài)的快速切換，實現(xiàn)電機的速度控制。PWM占空比的大小決定輸出電壓平均值，進(jìn)而決定電機的轉(zhuǎn)速。文中采用單極性、定頻調(diào)寬的PWM調(diào)制方式，保證電機調(diào)速控制的穩(wěn)定性。TB6612FNG的邏輯真值表如表1所示。該器件工作時STBY引腳置為高電平;IN1和IN2不變，調(diào)整PWM引腳的輸入信號可進(jìn)行電機單向速度控制;置PWM引腳為高電平，并調(diào)整IN1和IN2的輸入信號可進(jìn)行電機雙向速度控制。表中A、B兩通道的控制邏輯相同。

　　單片機定時器PWM輸出設(shè)置如圖3所示。首先需設(shè)置T/C中斷屏蔽寄存器TIMSKx使能定時器溢出中斷。其次分別設(shè)置T/C控制寄存器TCC-RxA和TCCRxB選擇PWM模式和預(yù)分頻比，最后將控制信號引腳I/0置為輸出。程序運行時，每當(dāng)定時器計數(shù)產(chǎn)生溢出，CPU響應(yīng)中斷，定時器回零后重新開始計數(shù)。

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