PM-R3多功能扩展板

UNO · 发表于 2021-11-9 17:17:54

本帖最后由 UNO 于 2021-11-10 09:43 编辑

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一、扩展板介绍与使用

PM-R3多功能扩展板的主要功能分为以下几个部分：

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1. 双路直流电机驱动（TB6612FNG）

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，也可控制单个双极步进电机；每个H桥能够提供持续1.2A、峰值3.2A的输出电流，电机电压输入范围为2.5V至13.5V，峰值电压被限制在15V。基于MOSFET—H桥比老式驱动器（如L298N)使用H桥更有效率，这使得更多的电流可以传送到电机，而不需要从逻辑电源中抽取。

下图是典型的“H”桥电路，采用下面这种电路，即可实现上面所说的电极翻转，从而达到电机的正反转。

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a. 常态下，4个桥臂的开关保持开路状态，这时候电机两端悬空，没有电压。

b. 当1、4开关闭合，2、3开关打开，电流从1号开关流经电机，再从4号开关流出，这时候电机正转。

c. 当2、3开关闭合，1、4开关打开，电流从2号开关流经电机，再从3号开关流出，这时候电机反转。

通过上面的分析，我们只需要通过控制1、2、3、4号开关的打开与关闭，即可以实现对电机转向的控制。如果在改变开关的导通时间，就可以实现对电机转速的调节。

下图为扩展板采用的电机驱动原理图：

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通过AIN1、AIN2可以控制MOTORA电机，通过BIN1、BIN2可以控制MOTORB电机，下面电机MOTORA、B的逻辑控制表：

Input				Output
IN1	IN2	PWM	STBY	OUT1	OUT2	Mode
H	H	H/L	H	L	L	Short break
L	H	H	H	L	H	CCW
L	H	L	H	L	L	Short break
H	L	H	H	H	L	CW
H	L	L	H	L	L	Short break
L	L	H	H	OFF(High impedance)		Stop
H/L	H/L	H/L	L	OFF(High impedance)		Standby

当马达的输入信号同时为L或者为H时，电机都会失去电流而停止运行，但两种停止方式稍有不同。同为L时，电机自由停止，工作在快速衰减模式；同为H时，电机瞬间制动，工作在慢速衰减模式，相当于电极短路。

下面是两种不同衰减模式的工作示意图：

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按照逻辑表给出的控制方式，控制一个电机需要3个I/O口，控制2个电机就需要6个I/O口，相对于微控制板，I/O口节约是很重要的，在这次的升级中，我们加入了双施密特触发器逆变器（SN74LVC2G14）,通过芯片的引脚转换，我们可以获得跟多的I/O口。

该双路施密特触发器是为1.65V至5.5V VCC工作而设计的。SN74LVC2G14器件包含两个反相器，并执行布尔函数Y=A。该器件用作两个独立的反相器，但由于施密特动作，对于正向（VT+）和负向（VT-）信号，它可能具有不同的输入阈值电平。

该器件完全用于使用Ioff进行部分降压应用。Ioff电路禁用输出，防止当电源关闭时损坏设备的电流回流。原理如下图：

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PIN		I/O	DESCRIPTION
NAME	NO.	I/O	DESCRIPTION
1A	1	I	Gate 1 logic signal
1Y	6	O	Gate 1 inverted signal
2A	3	I	Gate 2 logic signal
2Y	4	O	Gate 2 inverted signal
GND	2	—	Ground
VCC	5	—	Supply / Power Pin

*详细资料请查看芯片手册

由于TB6612电机驱动控制方向有2中情况高低（H，L）、低高（L，H），使用双施密特触发器逆变器（SN74LVC2G14），就可以使用一路信号控制两路信号，从而达到控制电机的正反转，而且可以将多余的2个端口分配到其它的模块上。实际运用中逻辑真值表：

DIRA（D4）	PWMA（D5）	DIRB（D7）	PWMB（D6）	AO1/AO2
H	H	H	H	正转
L	H	L	H	反转
X	L	X	L	刹车
X为任意电平

下面为一个简单的电机驱动函数，工作在慢速衰减模式，用来设置电机转动方向与转动速度：

[C] 纯文本查看 复制代码

void setMotor(int MOTORA，int MOTORB)
{
  if(MOTORA>0)               //判断方向，大于0表示正向
  {
    digitalWrite(DIRA，HIGH);      //DIRA引脚置高
analogWrite(PWMA，MOTORA);   //PWMA输入PWM信号
      //PWM是高电平的占空比，这里需要取反，所以255 + MOTORA
  }
  else if                         //判断方向，小于0表示反向
  {
    digitalWrite(DIRA，LOW);
analogWrite(PWMA，- MOTORA);  //PWM是高电平的占空比
                   //这里需要取反，这时MOTORA为负值，所以255 - MOTORA
  }
  else                          //等于0表示停止
{
digitalWrite(DIRA，LOW);
analogWrite(PWMA，LOW);
}
  if(MOTORB>0)                //判断方向，大于0表示正向
  {
digitalWrite(DIRB，HIGH);        //DIRB引脚置高
analogWrite(PWMB，MOTORB);  //PWMB输入PWM信号
        //PWM是高电平的占空比，这里需要取反，所以255 + MOTORB
  }
  else if                        //判断方向，小于0表示反向
  {
    digitalWrite(DIRB，LOW);
analogWrite(PWMB，- MOTORB); //PWM是高电平的占空比
                 //这里需要取反，这时MOTORB为负值，所以255 - MOTORB
  }
  else                         //等于0表示停止
{
digitalWrite(DIRB，LOW);
analogWrite(PWMB，LOW);
}
}

# setMotor（motorA，motorB)用来设置电机速度，例如setMotor(127，127)表示小车向前以半速行驶，255最大表示全速；setMotor(-127，-127)则表示小车向后以半速行驶，-255最大，表示全速.setMotor(0，0)则表示停车。

当然，还有一种更便捷的控制方式，不需要理解脚位的控制情况，我们将其封装好，直接正负和数值就可以使用，库示例代码如下：

[C] 纯文本查看 复制代码

/***************************************************
  Motor Test - PM-R3 Motor Drive

  MA DIR-D4 PWM-D5;
  MB DIR-D7 PWM-D6;

  motor driver library: [url=https://github.com/YFROBOT-TM/Yfrobot-Motor-Driver-Library]https://github.com/YFROBOT-TM/Yfrobot-Motor-Driver-Library[/url]

  YFROBOT ZL
  08/13/2020
 ****************************************************/
#include <MotorDriver.h>

#define MOTORTYPE YF_PMR3
uint8_t SerialDebug = 1; // 串口打印调试 0-否 1-是

// these constants are used to allow you to make your motor configuration
// line up with function names like forward.  Value can be 1 or -1
const int offseta = 1;
const int offsetb = 1;

// Initializing motors.
MotorDriver motorDriver = MotorDriver(MOTORTYPE);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Motor Drive test!");
  motorDriver.motorConfig(offseta, offsetb);
}

void loop() {
  motorDriver.setMotor(255, 255);  // 电机AB 全速正转
  delay(500);
  motorDriver.setMotor(0, 0);  // 电机AB停止
  delay(500);
  motorDriver.setMotor(-255, -255);  // 电机AB 全速反转
  delay(500);
  motorDriver.setMotor(0, 0);  // 电机AB停止
  delay(1000);
}

2. 蜂鸣器

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件.

常用的蜂鸣器分为有源蜂鸣器与无源蜂鸣器，二者之间的区别从使用的角度而言，有源蜂鸣器内部带有振荡源，因此只需要通电即可发声；而无源蜂鸣器因为内部没有振荡源，必须通过外部的高低电平变化才能发声.相比而言，有源蜂鸣器使用简单，无源蜂鸣器则具有声音优美柔和的优点。

Arduino的IO口能够向外提供至少20mA的驱动电流，这对于驱动一只无源蜂鸣器来说显得绰绰有余，所以蜂鸣器的正极直接接到了数字引脚12上，此时无法作为输入使用。

用户可以使用蜂鸣器给机器人加上声光警报的功能，或者在代码完成初使化的时候，加入一小段音乐作为将要出发的指示。

下面的代码来自于官网，只选取了其中开头的一段乐，完整的代码例程可以在给出的链接中找到。

[C] 纯文本查看 复制代码

/**********************************************************
* Play Super Mario theme song with arduino and speaker
*
* circuit:
* 8-ohm speaker on digital pin 12
* reference:
* [url=http://arduino.cc/en/Tutorial/Tone]http://arduino.cc/en/Tutorial/Tone[/url]
**********************************************************/
int melody[]={330，330，330，262，330，392，196};
// note durations: 4 = quarter note， 8 = eighth note， etc.:
int noteDurations[]={8，4，4，8，4，2，2};
void setup() {
  // iterate over the notes of the melody:
  for (int thisNote = 0; thisNote < 7; thisNote++) {
    // to calculate the note duration， take one second divided by the note type.
    int noteDuration = 1000/noteDurations[thisNote];
    tone(12， melody[thisNote]，noteDuration);
    // to distinguish the notes， set a minimum time between them.
    // the note's duration + 30% seems to work well:
    int pauseBetweenNotes = noteDuration * 1.30;
    delay(pauseBetweenNotes);
    noTone(12);    // stop the tone playing:
  }
}
void loop() {
}

蜂鸣器发声需要具备一定的乐理知识，这里不做过多说明，如果用户希望深入研究，可以在网上查询相关资料。

3. 供电模式

扩展板有3种供电方式（推荐第一种）：