基于TB6612FNG和单片机的直流电机控制系统设计
本设计中使用的tb6612fng是一款新型驱动器件，能独立双向控制2个直流电机，它具有很高的集成度，同时能提供足够的输出能力，运行性能和能耗方面也具有优势，因此在集成化、小型化的电机控制系统中，它可以作为理想的电机驱动器件。
1 tb6612fng简介
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。
tb6612fng每通道输出最高1.2 a的连续驱动电流，启动峰值电流达2a/3.2 a(连续脉冲/单脉冲);4种电机控制模式：正转/反转/制动/停止;pwm支持频率高达100 khz;待机状态;片内低压检测电路与热停机保护电路;工作温度：-20～85℃;ssop24小型贴片封装。
如图1所示，tb6612fng的主要引脚功能：ainl/ain2、bin1/bin2、pwma/pwmb为控制信号输入端;ao1/a02、b01/b02为2路电机控制输出端;stby为正常工作/待机状态控制引脚;vm(4.5～15 v)和vcc(2.7～5.5 v)分别为电机驱动电压输入和逻辑电平输入端。
tb6612fng是基于mosfet的h桥集成电路，其效率高于晶体管h桥驱动器。相比l293d每通道平均600 ma的驱动电流和1.2 a的脉冲峰值电流，它的输出负载能力提高了一倍。相比l298n的热耗性和外围二极管续流电路，它无需外加散热片，外围电路简单，只需外接电源滤波电容
就可以直接驱动电机，利于减小系统尺寸。对于pwm信号，它支持高达100 khz的频率，相对以上2款芯片的5 khz和40 khz也具有较大优势。
2 电机控制单元设计
2.1 单元硬件构成
图2所示为tb6612fng与avr单片机组成的电机控制单元。单片机定时器产生4路pwm输出作为ain1/ain2和bin1/bin2控制信号，如图2中ocxa、0cxb对电机m1和m2的控制。采用定时器输出硬件pwm脉冲，使得单片机cpu只在改变pwm占空比时参与运算，大大减轻了系统运算负担和pwm软件编程开销。输入引脚pwma、pwmb和stby由i/0电平控制电机运行或制动状态以及器件工作状态。电路采用耐压值25 v的10μf电解电容和0.1μf的电容进行电源滤波，使用功率mosfet对vm和vcc提供电源反接保护。
2.2 电机控制的软件实现
脉宽调制方式产生占空比变化的pwm信号，通过对驱动器输出状态的快速切换，实现电机的速度控制。pwm占空比的大小决定输出电压平均值，进而决定电机的转速。文中采用单极性、定频调宽的pwm调制方式，保证电机调速控制的稳定性。tb6612fng的逻辑真值表如表1所示。该器件工作时stby引脚置为高电平;in1和in2不变，调整pwm引脚的输入信号可进行电机单向速度控制;置pwm引脚为高电平，并调整in1和in2的输入信号可进行电机双向速度控制。表中a、b两通道的控制逻辑相同。
单片机定时器pwm输出设置如图3所示。首先需设置t/c中断屏蔽寄存器timskx使能定时器溢出中断。其次分别设置t/c控制寄存器tcc-rxa和tccrxb选择pwm模式和预分频比，最后将控制信号引脚i/0置为输出。程序运行时，每当定时器计数产生溢出，cpu响应中断，定时器回零后重新开始计数。
以下列出的示例代码设置为快速pwm反向输出模式，当系统时钟记为fclk时，pwm输出频率fpwm=fclk/64/256。
timskx |=1<
tccrxb=ox03;
ddrx |=(1<1 khz时，器件能够稳定的控制电机。
3)过大的pwm占空比会影响电机驱动电流的稳定性和器件的输出负载能力，应根据不同的速度要求合理设定占空比范围。
4)器件工作温度过高会导致其输出功率的下降，电路pcb设计中应保证足够面积的覆铜，这样有助于散热，利于器件长时间稳定工作。
5 结束语
利用tb6612fng和单片机构成直流电机控制单元，并将其应用在差速驱动的轮式移动机器人系统中。试验运行表明，这款器件与单片机结合应用能够实现灵活稳定的电机驱动控制。tb6612fng在集成性、运行性能和输出能力等方面达到了较好的平衡，适用于单、双直流电机数字控制系统的设计开发。
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如图1所示，tb6612fng的主要引脚功能：ainl/ain2、bin1/bin2、pwma/pwmb为控制信号输入端;ao1/a02、b01/b02为2路电机控制输出端;stby为正常工作/待机状态控制引脚;vm(4.5～15 v)和vcc(2.7～5.5 v)分别为电机驱动电压输入和逻辑电平输入端。
tb6612fng是基于mosfet的h桥集成电路，其效率高于晶体管h桥驱动器。相比l293d每通道平均600 ma的驱动电流和1.2 a的脉冲峰值电流，它的输出负载能力提高了一倍。相比l298n的热耗性和外围二极管续流电路，它无需外加散热片，外围电路简单，只需外接电源滤波电容
就可以直接驱动电机，利于减小系统尺寸。对于pwm信号，它支持高达100 khz的频率，相对以上2款芯片的5 khz和40 khz也具有较大优势。
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图2所示为tb6612fng与avr单片机组成的电机控制单元。单片机定时器产生4路pwm输出作为ain1/ain2和bin1/bin2控制信号，如图2中ocxa、0cxb对电机m1和m2的控制。采用定时器输出硬件pwm脉冲，使得单片机cpu只在改变pwm占空比时参与运算，大大减轻了系统运算负担和pwm软件编程开销。输入引脚pwma、pwmb和stby由i/0电平控制电机运行或制动状态以及器件工作状态。电路采用耐压值25 v的10μf电解电容和0.1μf的电容进行电源滤波，使用功率mosfet对vm和vcc提供电源反接保护。
2.2 电机控制的软件实现
脉宽调制方式产生占空比变化的pwm信号，通过对驱动器输出状态的快速切换，实现电机的速度控制。pwm占空比的大小决定输出电压平均值，进而决定电机的转速。文中采用单极性、定频调宽的pwm调制方式，保证电机调速控制的稳定性。tb6612fng的逻辑真值表如表1所示。该器件工作时stby引脚置为高电平;in1和in2不变，调整pwm引脚的输入信号可进行电机单向速度控制;置pwm引脚为高电平，并调整in1和in2的输入信号可进行电机双向速度控制。表中a、b两通道的控制逻辑相同。
单片机定时器pwm输出设置如图3所示。首先需设置t/c中断屏蔽寄存器timskx使能定时器溢出中断。其次分别设置t/c控制寄存器tcc-rxa和tccrxb选择pwm模式和预分频比，最后将控制信号引脚i/0置为输出。程序运行时，每当定时器计数产生溢出，cpu响应中断，定时器回零后重新开始计数。
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ddrx |=(1<1 khz时，器件能够稳定的控制电机。
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