探索用于Arduino的TLE94112ES直流電機(jī)控制盾牌

引言

在電子工程領(lǐng)域，電機(jī)控制一直是至關(guān)重要的部分。對于Arduino開發(fā)者而言，一款功能強(qiáng)大且易于使用的電機(jī)控制盾牌可以極大地提升項(xiàng)目的開發(fā)效率和性能。今天，我們就來深入了解一下這款帶有TLE94112ES的直流電機(jī)控制盾牌。

文件下載：Infineon Technologies TLE94112ES直流電機(jī)屏蔽.pdf

一、盾牌概述

1.1 基本功能

這款專為Arduino UNO設(shè)計(jì)的直流電機(jī)控制盾牌，能夠讓用戶控制多達(dá)6個獨(dú)立的或11個級聯(lián)的雙向直流電機(jī)。它可以通過串行外設(shè)接口（SPI）由微控制器進(jìn)行控制，像Arduino UNO R3或者英飛凌的XMC1100啟動套件都能作為主控制器。

1.2 關(guān)鍵特性

• 電機(jī)控制能力：能夠控制高達(dá)0.9A峰值的有刷直流電機(jī)，正常工作輸入電壓為5.5 - 18V，擴(kuò)展工作輸入電壓為18 - 20V，最大輸入電壓可達(dá)40V（絕對最大額定值）。
• 多種控制模式：可控制六個獨(dú)立雙向直流電機(jī)或十一個級聯(lián)雙向直流電機(jī)。
• SPI通信：具備高可配置性和多重診斷功能。
• 保護(hù)機(jī)制：擁有過溫、過流、欠壓、過壓保護(hù)，以及詳細(xì)的每個MOSFET診斷，包括單個開路負(fù)載檢測和單個過流檢測。
• PWM調(diào)速：通過脈沖寬度調(diào)制（PWM）進(jìn)行電機(jī)速度控制，有三個獨(dú)立的PWM發(fā)生器，PWM頻率為80Hz、100Hz或200Hz，8位分辨率，0.5%占空比步長。
• 堆疊功能：兩個盾牌可以堆疊以控制更多的電機(jī)。
• 極性保護(hù)：采用IPD50P04P4L - 11進(jìn)行反極性保護(hù)。

1.3 應(yīng)用圖示

對于雙向直流電機(jī)應(yīng)用，文檔中給出了簡化的應(yīng)用圖示，這有助于我們更好地理解盾牌在實(shí)際應(yīng)用中的連接和工作方式。大家可以思考一下，這種應(yīng)用圖示在實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)中能起到怎樣的指導(dǎo)作用呢？

二、盾牌詳細(xì)描述

2.1 概述

為了實(shí)現(xiàn)安全和優(yōu)化的電機(jī)控制設(shè)計(jì)，需要一些分立元件，部分用于電機(jī)應(yīng)用，部分用于TLE94112ES。文檔中的圖展示了盾牌的連接器等信息。

2.2 原理圖

原理圖是理解電路板工作原理的關(guān)鍵。圖中展示了帶有TLE94112ES的直流電機(jī)控制盾牌的原理圖，通過它我們可以清晰地看到各個元件之間的連接關(guān)系。

2.3 布局

布局圖展示了盾牌的底層和頂層布局，合理的布局對于電路板的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。大家在設(shè)計(jì)自己的電路板時，是否會借鑒這種布局方式呢？

2.4 物料清單

文檔詳細(xì)列出了直流電機(jī)盾牌的物料清單，包括元件名稱、型號、制造商、描述、數(shù)量、經(jīng)銷商、訂單號和備注等信息。這為我們進(jìn)行物料采購和電路板制作提供了明確的參考。

2.5 CSN1和CSN2選擇

Arduino UNO的10號引腳默認(rèn)用于控制TLE94112ES的片選信號（CSN），也可以使用9號引腳來堆疊兩個盾牌，此時需要對電阻進(jìn)行相應(yīng)的焊接操作。這一設(shè)計(jì)為我們擴(kuò)展電機(jī)控制數(shù)量提供了靈活的解決方案。

2.6 堆疊兩個盾牌

通過堆疊兩個直流電機(jī)盾牌，可以將控制的電機(jī)數(shù)量翻倍。在這種配置下，每個TLE94112ES的CSN輸入需要由不同的微控制器通用輸入輸出（GPIO）單獨(dú)控制。

2.7 引腳分配

使用直流電機(jī)控制盾牌時，必要的控制信號可以直接通過Arduino、XMC? 1100啟動套件或其他微控制器應(yīng)用到Arduino連接器上。文檔中的圖展示了盾牌的引腳分配和連接器信息。

2.8 引腳定義和功能

詳細(xì)介紹了各個引腳的功能，如VBAT為電池供電引腳，VDD為邏輯供電引腳，SCLK為串行時鐘輸入，SDI為串行數(shù)據(jù)輸入，SDO為串行數(shù)據(jù)輸出等。了解這些引腳的功能對于正確使用盾牌至關(guān)重要。

三、TLE94112ES概述

3.1 關(guān)鍵特性

• 輸出能力：具有十二個半橋功率輸出。
• 兼容性：優(yōu)化的電磁兼容性（EMC）行為，3.3V/5V兼容輸入且?guī)в袦蟆?/li>
• 保護(hù)與診斷：所有輸出具有過載和短路保護(hù)，可獨(dú)立診斷輸出（過流、開路負(fù)載），具有開路負(fù)載診斷功能，輸出可選擇開路負(fù)載閾值。
• 通信與控制：16位標(biāo)準(zhǔn)SPI，具有菊花鏈和幀內(nèi)響應(yīng)能力，用于控制和診斷，快速診斷帶有全局錯誤標(biāo)志。
• PWM功能：輸出支持80Hz、100Hz和200Hz的PWM頻率，8位占空比分辨率。
• 保護(hù)機(jī)制：具有過溫預(yù)警和保護(hù)、過壓和欠壓鎖定、交叉電流保護(hù)，并且通過了AEC - 100認(rèn)證。

3.2 框圖

框圖展示了TLE94112ES的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有助于我們理解其工作原理和信號流程。

3.3 引腳分配

圖中展示了TLE94112ES的引腳分配（頂視圖），讓我們對各個引腳的位置有了直觀的認(rèn)識。

3.4 引腳定義和功能

詳細(xì)說明了每個引腳的功能，如接地引腳、功率半橋引腳、串行數(shù)據(jù)輸入輸出引腳等。這些信息對于我們正確連接和使用TLE94112ES非常重要。

四、入門指南

4.1 目標(biāo)應(yīng)用

TLE94112ES主要用于峰值電流低于0.9A的有刷直流電機(jī)控制，也可以驅(qū)動其他符合設(shè)備電氣特性的電感、電容和電阻負(fù)載，如單穩(wěn)態(tài)繼電器、雙穩(wěn)態(tài)繼電器和發(fā)光二極管（LED）等。

4.2 盾牌連接

將有刷直流電機(jī)連接到相應(yīng)的輸出連接器（OUTx，$x = 1 ... 12$），選擇合適的直流適配器（盾牌的擴(kuò)展工作輸入范圍為5.5V - 20V DC，絕對最大額定值為40V），將盾牌連接到Arduino UNO R3或XMC? 1100啟動套件，連接USB電纜，使用相應(yīng)的IDE對控制器板進(jìn)行編程，最后連接直流適配器并開啟電源。

4.3 軟件入門

• 下載適用于帶有TLE94112的直流電機(jī)盾牌的草圖示例。
• 通過USB電纜將Arduino UNO連接到PC的USB端口。
• 下載并安裝Arduino IDE。
• 啟動Arduino IDE并導(dǎo)入項(xiàng)目文件。
• 將草圖燒錄到Arduino UNO。

4.4 草圖示例

文檔中給出了TLE94112ES的草圖示例，包括寄存器地址聲明、讀寫和清除寄存器操作，以及電機(jī)的激活和控制邏輯。通過這個示例，我們可以更好地理解如何使用盾牌進(jìn)行電機(jī)控制。

總結(jié)

這款帶有TLE94112ES的直流電機(jī)控制盾牌為Arduino開發(fā)者提供了一個強(qiáng)大而靈活的電機(jī)控制解決方案。它具有豐富的功能和保護(hù)機(jī)制，適用于多種應(yīng)用場景。通過本文的介紹，相信大家對這款盾牌有了更深入的了解。在實(shí)際應(yīng)用中，大家可以根據(jù)自己的需求合理使用盾牌的各項(xiàng)功能，開發(fā)出更出色的項(xiàng)目。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。