还在用L298N驱动马达？发烧小尺寸小基于MOSFET的H桥理解下_电念头_速度

2 H桥回顾2.1脉宽调制（PWM）

3 TB66121FNG H桥3.1用MOSFET制成3.2 TB6612FNG规格3.3掌握TB6612FNG

4 TB6612与L298N

5 TB6612FNG与Arduino5.1 TB6612FNG连接5.2 TB6612FNG Arduino素描

6 TB6612FNG机器人汽车底座6.1适用于TN6612FNG的Sparkfun库6.2机器人汽车连接6.3机器人车代码

7 结论

接下来我们学习如何在您的Arduino项目中利用TB6612FNG H桥。

对付单片机而言，掌握直流电动机的速率和方向都是非常普遍的运用。
您可能会想到可以利用这些设备构建的许多项目，从机器人到遥控飞机。

但是，如果您想考试测验将直流电动机直接连接到像Arduino这样的单片机上，您会很快创造这是不可行的，由于Arduino无法为电动机供应足够的电流

直流电动机所需的电流超过任何单片机直接供应的电流，并且许多直流电动机以不同的电压运行，而这些电压是处理器无法处理的。
因此，显然须要某种接口。

掌握直流电动机的最常见方法是利用一种称为H桥的设备。
这种类型的掌握器可以掌握直流电动机的速率和方向，一对H桥也可以用于掌握双极步进电动机。

我们在许多项目中都利用了H桥。
它们相对便宜，并且利用起来非常大略。
到目前为止，我们最常用的H桥是L298N。

L298N是一个非常常见的组件，它用于很多Arduino项目的设计中。
它很便宜，而且一旦您理解了它的事情事理，就很随意马虎利用。
但是它确实有缺陷，我将在稍后谈论。

本日，我们将利用更好的H桥，它可以在许多运用中替代L298N。
它被称为TB6612FNG，利用它后，我想您会赞许它是一个比旧L298N更好的选择。

在我们开始之前，回顾一下H桥的事情事理，懂的请略过。

下图是直流电动机和H桥的事情事理：

您可以将H桥可视化为四个开关的排列。
如您所见，开关的排列办法看起来很像字母“ H”。
因此名称为“ H桥”。
如图所示，电机位于“ H”的中间。
如您所料，在断开开关的情形下，电动机没有电流利过。

如上图所示，如果我们闭合了几个开关，则可以看到电流被许可流过电动机，从而使电动机顺时针旋转。
显然，您不想一次闭合两个以上的开关，否则可能会导致短路。

闭合其他两个开关也会向电动机施加电流，但极性相反。
这将导致电动机逆时针旋转。

虽然您可以利用物理开关布局H桥，但这种情形并不常见。
在大多数情形下，开关会被半导体替代，例如双极结型晶体管（BJT）和MOSFET。

用半导体代替开关还有一个额外的上风–它也使您可以调节电动机的速率。

脉冲宽度调制（PWM）实质上便是听起来的样子。
脉冲被发送到掌握H桥的晶体管，该晶体管以非常快的速率关闭和打开电子“开关”。

可以变动脉冲的宽度以设置“开”与“关”的比率。
这具有掌握电动机速率的效果。

与仅改变其电源电压比较，PWM是一种更好的调节直流电动机速率的方法。
利用PWM时，电动机在全体速率范围内均以全转矩运行，这与利用电压掌握在较低速率下碰着的降落转矩相反。

现在，让我们看一下“更好的” H桥模块。

TB6612FNG H桥是一款小型且价格低廉的双通道H桥掌握器，它利用MOSFET来实现出色的性能。

MOSFET具有比双极结型晶体管（BJT）更大的上风。

范例的BJT处于“接通”状态时，其电压降约为0.7伏，并且由于H桥须要电流利过两个BJT，因此总电压降为1.4伏。
在低电压下，这确实无关紧要，如果为H桥供应6伏电压，则到电动机的输出将仅为4.6伏电压。
在此示例中，H桥中丢失了险些25％的电压。
这个能量以热量的形式花费掉。
这便是为什么大多数基于BJT的H桥都须要很大的散热器的缘故原由。

利用MOSFET时，您没有固定的压降。
取而代之的是，MOSFET导通时的电阻很小，常日只有几分之一欧姆。
纵然在H桥设计中两个MOSFET都“导通”时，总电阻也非常低，实际上，如果您在电源中利用的是苗条导线，它的电阻可能都会比在H桥中的电阻大。

结果是极低的险些可以忽略不计的电压降。
这意味着险些所有来自电源的电压都会通报到电动机。
热量丢失小。

TB6612FNG具有以下规格（规格适用于模块中的两个H桥）：

该设备是一种表面贴装芯片，可用于许多常见模块，

范例的TB6612FNG模块的引脚排列如下图所示：

关于模块布局要把稳的一件事是，所有输入引脚都在一侧，而所有输出和电源引脚都在另一侧。
只管您可以根据须要将一个小的散热器固定在表面贴装芯片上，但该双H桥模块显然没有散热器。

TB6612FNG可以在四种模式下运行：

为了掌握H桥，您可以将AI1（或在某些型号上标有“ AIN1”的型号）和AI2（AIN2）引脚用于电机A的输出。
B输入掌握线以类似的办法用于电机B输出。

下表显示了它是如何事情的：

PWMA和PWMB输入用于以脉冲宽度调制的办法掌握电机速率。

要把稳的一件事是，要使TB6612FGH事情，您必须将待机输入(STBY)保持为高电平。
您可以将其绑定到VCC或利用Arduino的输出来掌握它。

第二个值得把稳的不雅观察结果是，正反转掌握旗子暗记与盛行的L298N H桥中利用的旗子暗记相同。
这使得在许多情形下可以大略地用TB6612FNG作为直接替代品。

末了一段中的关键词是“在许多情形下”。
在某些情形下（例如高压电动机），无法利用TB6612FNG。
但是对付许多设计，包括利用6伏和12伏电动机的设计，它是供应改进性能的空想替代品。

以下是TB6612FNG和L298N的规格比较：

如果您的电动机须要超过13.5伏的电压，则TB6612FNG不适用。
但是，如果您的电动机是低压（即3伏）设备，则L298N则可被取代。

只管L298N可以处理的稳定事情电流险些是TB6612FNG的两倍，但在达到峰值电流时也差不多。

在适用的范围内，TB6612FNG无疑是赢家。

我认为对付我的新设计，我将切换到TB6612FNG。
纵然我的抽屉里装满了L298N模块！

由于TB6612FNG利用与L298N相似的掌握办法，因此您可以轻松地重新调度旧代码的用场，以利用新的掌握器。
实际上，这正是我为第一个演示所做的。

对付此实验，您将须要以下组件：

接线如下：

利用上图中右边表格所示将TB6612FNG连接到Arduino。
并记住将STBY（待机）引线连接到+5伏，否则将无法正常事情。

连接完所有元件后，您可以运行以下代码以使其连续进行：

/TB6612FNG H-Bridge DemoTB6612-Demo.inoDemonstrates use of TB6612FNG H-Bridge Motor ControllerDrives two DC MotorsDroneBot Workshop 2019https://dronebotworkshop.com/// Motor Aint pwmA = 5;int in1A = 3;int in2A = 4;// Motor Bint pwmB = 6;int in1B = 7;int in2B = 8;// Speed control potentiometersint SpeedControl1 = A0;int SpeedControl2 = A1;// Motor Speed Values - Start at zeroint MotorSpeed1 = 0;int MotorSpeed2 = 0;void setup(){// Set all the motor control pins to outputspinMode(pwmA, OUTPUT);pinMode(pwmB, OUTPUT);pinMode(in1A, OUTPUT);pinMode(in2A, OUTPUT);pinMode(in1B, OUTPUT);pinMode(in2B, OUTPUT);}void loop() {// Set Motor A forwarddigitalWrite(in1A, HIGH);digitalWrite(in2A, LOW);// Set Motor B forwarddigitalWrite(in1B, HIGH);digitalWrite(in2B, LOW);// Read potentiometers and convert to range of 0-255MotorSpeed1 = map(analogRead(SpeedControl1), 0, 1023, 0, 255);MotorSpeed2 = map(analogRead(SpeedControl2), 0, 1023, 0, 255);// Set the motor speedsanalogWrite(pwmA, MotorSpeed1);analogWrite(pwmB, MotorSpeed2);}

我们首先定义代表已连接TB6612FNG电机掌握器的Arduino引脚的变量，IN1和IN2引脚以及PWM引脚。

接下来，我们定义变量以表示与电位计的仿照连接以及电动机速率的变量。

在设置中，我们仅将所有引脚定义为输出，然后进入循环。

我们通过设置两个电动机的方向来启动循环。
如果乐意，可以利用上表反转一台或两台电机的方向。

接下来，我们从两个电位计读取该值，由于该值的范围是0到1023，因此我们利用Map函数将范围变动为0-255。

末了，我们利用产生PWM的AnalogWrite函数将PWM脉冲写出到电机掌握器，从而设置它们的速率。

将代码加载到您的Arduino，连接电机电源，并利用两个电位器。
您就能够利用它们掌握电动机的速率。

对付TB6612FNG的终极实验，我将利用TB6612FNG H桥来驱动小型机器人汽车中的电机。

实际上，您可以利用末了一个实验来精确地完成此任务，并利用两个电位计掌握电动机。
但是这次我想做一些不同的编程。

这次我们将利用一个库。

Sparkfun发布了专门为TN6612FNG开拓的库，您可以从GitHub下载该库。

该库简化了电机掌握器的利用。
它具有使电动机在任何速率和两个方向上移动的功能，以及制动和停滞的功能。

此外，Sparkfun库还附带一个示例代码，非常适宜我们的机器人汽车。
实际上，我只须要修正一行即可使其事情。

我利用了个中一种盛行的亚克力机器人汽车套件，可以轻松地在淘宝或Amazon上得到套件。
这些套件带有一个底座，一对电动机，一些匹配的轮毂，一个电池座以及将它们组合在一起所需的所有硬件。

我们的机器人汽车的电气接线与我们刚刚利用的接线非常相似。
Arduino和TB6612FNG之间的连接是相同的，并增加了Arduino与Standby引脚之间的连接。
我已经拆下了两个电位器。

我们可以用2节锂电池或4节AA电池为电动机供电，及为Arduino供应电源。
为Arduino供电的另一个不错的选择是利用USB移动电源。

以我为例，我将布线保持在无焊面包板上，只用一个支架就可以固定Arduino。
结果，我相信我创造了天下上最丑陋的机器人汽车！

您可以通过永久布线并精确安装和平衡Arduino和电池座来更好地完成事情。
在我的情形下，该装置不平衡，因此我安装了一个小型C型夹，以增加后背的重量！

在运行机器人代码之前，您须要安装Sparkfun库。
最大略的方法是将库下载为zip文件。
将其保存在打算机上的某个位置，往后可以找到它，“下载”文件夹是显而易见的位置。

现在打开您的Arduino IDE，然后单击页面顶部的Sketch菜单项。
选择包括库，这将打开一个子菜单。

在子菜单中，从顶部开始的第二项将是Add ZIP Library（添加ZIP库）。
选择该选项，将打开一个对话框。
利用对话框浏览到保存库ZIP文件的位置并选择它。

该库将与示例代码一起安装。

要在Arduino IDE中运行示例代码，您须要从顶部选择File菜单，然后选择Examples。
这将弹出一个子菜单。
向下滚动子菜单，直到底部附近的“来自自定义库的示例”。
在其下，您将看到按字母顺序排列的示例列表。
查找Sparkfun TB6612FNG电机库，然后选择它。

库中仅包含一个名为MotorTestRun的示例代码。
打开该代码，这是我们将用于机器人车的代码。

如果按照上图连接Arduino和TB6612FNG，则须要对代码进行一次变动，这是由于Sparkfun利用的Arduino引脚与连接时未利用相同的Arduino引脚。

Sparkfun利用引脚2进行AIN1（AI1）连接，而我利用引脚3。
因此，您可以通过以下两种办法进行处理：

下面是代码，已修正为利用引脚3。

/TestRun.inoTB6612FNG H-Bridge Motor Driver Example codeMichelle @ SparkFun Electronics8/20/16https://github.com/sparkfun/SparkFun_TB6612FNG_Arduino_LibraryUses 2 motors to show examples of the functions in the library.This causesa robot to do a little 'jig'.Each movement has an equal and opposite movementso assuming your motors are balanced the bot should end up at the same place itstarted.Resources:TB6612 SparkFun LibraryDevelopment environment specifics:Developed on Arduino 1.6.4Developed with ROB-9457/// This is the library for the TB6612 that contains the class Motor and all the// functions#include <SparkFun_TB6612.h>// Pins for all inputs, keep in mind the PWM defines must be on PWM pins// the default pins listed are the ones used on the Redbot (ROB-12097) with// the exception of STBY which the Redbot controls with a physical switch#define AIN1 3#define BIN1 7#define AIN2 4#define BIN2 8#define PWMA 5#define PWMB 6#define STBY 9// these constants are used to allow you to make your motor configuration// line up with function names like forward.Value can be 1 or -1const int offsetA = 1;const int offsetB = 1;// Initializing motors.The library will allow you to initialize as many// motors as you have memory for.If you are using functions like forward// that take 2 motors as arguements you can either write new functions or// call the function more than once.Motor motor1 = Motor(AIN1, AIN2, PWMA, offsetA, STBY);Motor motor2 = Motor(BIN1, BIN2, PWMB, offsetB, STBY);void setup(){//Nothing here}void loop(){ //Use of the drive function which takes as arguements the speed //and optional duration.A negative speed will cause it to go //backwards.Speed can be from -255 to 255.Also use of the //brake function which takes no arguements. motor1.drive(255,1000); motor1.drive(-255,1000); motor1.brake(); delay(1000); //Use of the drive function which takes as arguements the speed //and optional duration.A negative speed will cause it to go //backwards.Speed can be from -255 to 255.Also use of the //brake function which takes no arguements. motor2.drive(255,1000); motor2.drive(-255,1000); motor2.brake(); delay(1000); //Use of the forward function, which takes as arguements two motors //and optionally a speed.If a negative number is used for speed //it will go backwards forward(motor1, motor2, 150); delay(1000); //Use of the back function, which takes as arguments two motors //and optionally a speed.Either a positive number or a negative //number for speed will cause it to go backwards back(motor1, motor2, -150); delay(1000); //Use of the brake function which takes as arguments two motors. //Note that functions do not stop motors on their own. brake(motor1, motor2); delay(1000); //Use of the left and right functions which take as arguements two //motors and a speed.This function turns both motors to move in //the appropriate direction.For turning a single motor use drive. left(motor1, motor2, 100); delay(1000); right(motor1, motor2, 100); delay(1000); //Use of brake again. brake(motor1, motor2); delay(1000);}

利用Sparkfun库让利用TN6612FNG非常大略。
定义所有电机掌握器连接之后，我们设置两个工具，每个工具一个，分别命名为motor1和motor2。
把稳创建工具时如何通报所有电机参数。

setup中不须要任何内容​​，由于该库卖力将引脚定义为输出。

Loop实质上是库供应的功能的演示。
该文档已被很好地记录下来，因此您可以毫无问题地让其适应您的需求。
功能包括：

loop中的代码仅利用许多这些功能来练习自动驾驶汽车。
实际上，它的设计目的是使汽车停在同一位置，但是我那丑陋的机器人汽车是如此不平衡，以至于再也没有机会这样做。
大概您的汽车会做得更好！

您可以试验代码并变动或添加更多功能来掌握您的汽车。

TB6612FNG是一种廉价的双H桥电机掌握器，易于利用，可以在许多运用中直接替代L298N。
它体积小，散热低，非常适宜小型机器人汽车和其他电池供电的设备。