一、 項(xiàng)目名稱：《直流電機(jī)驅(qū)動器設(shè)計(jì)》

二、 項(xiàng)目需求分析：

我們想設(shè)計(jì)一款直流有刷電機(jī)驅(qū)動器，那么在設(shè)計(jì)驅(qū)動器之前，我們需要明確驅(qū)動器的控制對象，知道控制對象的參數(shù)，這樣才能設(shè)計(jì)出一款適合控制對象、穩(wěn)定、魯棒性強(qiáng)的驅(qū)動器。所以，下面我們需要先來介紹下項(xiàng)目的控制對象。

控制對象信息：

電機(jī)型號：140有刷電機(jī)

電壓范圍：1.5V-6V

電流：500mA

轉(zhuǎn)速：14000轉(zhuǎn)/分，有正負(fù)5%的誤差

電機(jī)重量：16g

電機(jī)內(nèi)阻（實(shí)測）：1.2歐姆

如下圖一為電機(jī)實(shí)物展示圖。

明確了控制對象的參數(shù)之后，接下來就需要根據(jù)這些參數(shù)來設(shè)計(jì)屬于這款電機(jī)的驅(qū)動器了。那么，我們可以根據(jù)電機(jī)的電壓參數(shù)，確定出Vbus電壓，因?yàn)殡妷旱姆秶?.5V至6V，而一般5V比較常用，所以我們決定選5V作為Vbus電壓。

電壓確定好之后，我們需要根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的控制功能來選擇相應(yīng)的控制方案?；蛘哒f，我們要使用單片機(jī)控制的話，需要根據(jù)功能來對單片機(jī)選型。

所以，接下來先對我們要實(shí)現(xiàn)的控制功能進(jìn)行說明（注意：如果項(xiàng)目是別人或者別的公司的話，控制功能需要由項(xiàng)目提供者給出）。這里我們就自己定一個需要實(shí)現(xiàn)的功能來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動器的設(shè)計(jì)了。

下面將控制功能羅列如下：

1.實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)調(diào)速控制。

2.LED燈狀態(tài)顯示。

3.電壓采集。

4.電壓保護(hù)。

那么，要實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)調(diào)速控制的話，正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)，就需要用到H橋了，調(diào)速的話，就要使用到PWM波了。那么，也就是說，至少需要選型的這款單片機(jī)至少能夠輸出2路PWM信號，其它兩路的話可以使用電平控制。這樣的話，我們可以選擇H橋的上橋用電平來控制，只需要兩個普通的IO口即可實(shí)現(xiàn)。H橋的下橋用PWM控制來實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速的功能，所以下橋的驅(qū)動信號使用PWM即可。

然后LED顯示的話，使用一個普通的IO口就可以實(shí)現(xiàn)。

要實(shí)現(xiàn)電壓保護(hù)的話，需要用到ADC模塊了，需要一個模擬IO口。PWM占空比的調(diào)節(jié)可以通過一個電位器來實(shí)現(xiàn)，電位器的電壓采集也需要ADC模塊，同樣需要一個模擬IO口。

然后需要考慮程序的下載，我們可以找一款SWD協(xié)議的單片機(jī)，這樣只需要兩個專用的下載引腳加上電源VDD和地VSS即可實(shí)現(xiàn)程序的下載。

那么，單片機(jī)要供電的話，至少需要2個引腳，一個VDD和一個VSS。電源電壓可以選擇3.3V供電。

外部復(fù)位，需要一個專用的復(fù)位引腳。

綜上分析，我們可以選用一款20pin引腳的單片機(jī)，那么這里我們可以選用一款ST的單片機(jī)，如STM32030F4P6這個型號。這款單片機(jī)的引腳封裝如下圖二所示：

這款單片機(jī)的功能描述如下圖三所示：

從圖中紅色方框描述，我們需要實(shí)現(xiàn)的功能都可以實(shí)現(xiàn)。

電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制實(shí)現(xiàn)方案：

我們前面分析了，要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制的話，需要使用H橋，那么就需要考慮到H橋的元器件選擇了。H橋的元器件選擇需要根據(jù)負(fù)載電機(jī)的參數(shù)進(jìn)行選取，前面我們介紹電機(jī)的參數(shù)的時候，知道了電機(jī)給定的額定電流是500mA，但是經(jīng)過我們實(shí)際上電測試，電機(jī)帶載時，最大可達(dá)到1A以上的電流。所以H橋選型需要考慮過電流能力。

所以，基于以上分析，我們可以選擇H橋使用上管P型三極管，下管N型三極管的方式，那么考慮到過電流能力，所以這里的P管可以選擇B772，封裝可以選用DPARK封裝的，N管可以選擇P管的對應(yīng)型號，D882，封裝同樣也可以選用DPARK的。這樣就選定了H橋的功率器件了。

電壓保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)：

通過前面的分析，要實(shí)現(xiàn)電壓采樣的話，需要設(shè)計(jì)一個電壓采樣電路。將采集到的電壓作為一個模擬信號送到單片機(jī)的引腳，單片機(jī)就根據(jù)AD轉(zhuǎn)換完成的結(jié)果判斷是否出現(xiàn)過壓和欠壓信號，當(dāng)出現(xiàn)過壓或欠壓時，可以控制PWM不輸出，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的停止轉(zhuǎn)動，達(dá)到系統(tǒng)保護(hù)的目的。

過壓保護(hù)的電壓，可以根據(jù)Vbus電壓來確定，我們前面確定了Vbus電壓為5V，那么過壓的電壓可以選擇6V，欠壓的值，需要考慮LDO最小的壓差，單片機(jī)的供電電壓是3.3V，欠壓電壓的確定需要確保單片機(jī)能正常檢測電壓信號，LDO我們可以選用AMS1117-3.3這個型號，它的最小壓差是1.2V-1.4V，那么欠壓值最小需要定為5-1.2(1.4) = 4.8V(4.6V)。這樣就可以把欠壓的值確定下來了。

綜上就是《直流電機(jī)驅(qū)動器設(shè)計(jì)》這個項(xiàng)目的需求分析了。接下來就需要根據(jù)這個需求來設(shè)計(jì)方案的原理圖和PCB。

關(guān)于原理圖和PCB的設(shè)計(jì)，在下面的文章中再給大家介紹。

最后，先給大家展示下項(xiàng)目最終的實(shí)物圖：

本篇文章就給大家分享到這里，我們下次再見，謝謝大家！