CN108306560B - 一种电机驱动系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的电机驱动系统，包括用于输出PWM控制信号的电机控制器和驱动装置，驱动装置包括用于对接收到的PWM控制信号进行分析并输出相应的驱动信号的驱动芯片和用于接收驱动信号以实现对电机的转速和转向进行控制的电机驱动电路；驱动芯片接收电机控制器发送的PWM控制信号，并根据PWM控制信号的占空比控制驱动芯片的各个引脚的输出的PWM驱动信号，以此实现对电机的转向和转速的控制；本发明的电机驱动系统通过一根线控制电机的转速及转向，用最少的端口实现电机的控制功能，降低成本，提高产品可靠性；驱动装置功耗小，压降小，提高电机的工作效率，发热不明显，不需要安装额外的散热装置，减小了器件的体积。

Description

一种电机驱动系统和方法
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种电机驱动系统和方法。
背景技术
通常，直流电机的控制需要用到电机驱动器。电机驱动器主要实现电机控制的两个功能:第一，控制电机的转向；第二，控制电机的转速。
为了实现以上两种功能，需要给电机驱动器提供2个逻辑电平信号，通过不同的高低电平逻辑信号来实现电机的正反转；以及1个使能信号，控制电机的不同转速。
这样，控制一个电机至少要占用主控器上的3个输出端口，包括2个I/O数字端口，1个PWM输出端口。使得有限的主控器端口资源占用的比较严重，控制多个电机的情况下，会出现端口不够用的情况。
另外，一般市面上使用的电机驱动芯片，损耗比较大，对于一般低电压供电情况下，电机驱动会带来的较大损耗占比，严重影响电机的工作效率。
再者，通常的电机驱动器因为损耗带来的温度升高，需要额外的装配散热片，这样整体上导致了电机驱动器的体积偏大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电机驱动系统和方法，用以解决现有主控器端口资源占用的比较多的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为
一种电机驱动系统，包括用于输出PWM控制信号的电机控制器和驱动装置，所述驱动装置包括用于对接收到的所述PWM控制信号进行分析并输出相应的驱动信号的驱动芯片和用于接收所述驱动信号以实现对电机的转速和转向进行控制的电机驱动电路。
其中，所述驱动芯片包括用于输出PWM驱动信号的引脚GP0、引脚GP2、引脚GP4、引脚GP5和用于读取所述PWM控制信号的引脚GP3；
还包括寄存器、计数器Timer1和计数器Timer2；
所述计数器Timer1用于记录所述PWM控制信号在一个周期内高电平的持续时间；
所述计数器Timer2用于记录所述PWM控制信号一个周期持续的时间长度。
其中，所述电机驱动电路包括H桥电路，所述H桥电路包括引脚P1、引脚P2、引脚P3和引脚P4；
所述引脚P1用于接收引脚GP4发送的PWM驱动信号；
所述引脚P2用于接收引脚GP2发送的PWM驱动信号；
所述引脚P3用于接收引脚GP5发送的PWM驱动信号；
所述引脚P4用于接收引脚GP0发送的PWM驱动信号。
一种电机驱动方法，用于所述电机驱动系统，将所述GP3引脚定义为接收所述PWM控制信号的引脚；
将所述引脚GP0、引脚GP2、引脚GP4和引脚GP5定义为输出PWM的引脚。
其中，所述引脚GP3接收所述PWM控制信号。
其中，所述计数器Timer1记录所述PWM控制信号在一个周期内高电平的持续时间；
所述计数器Timer2记录所述PWM控制信号一个周期持续的总时间长度；
根据一个周期内所述高电平的持续时间和所述总时间长度的比值确定所述PWM控制信号的占空比。
其中，若所述占空比等于50％，则引脚GP0、引脚GP2、引脚GP4、引脚GP5均不输出PWM驱动信号；
若所述占空比小于50％，则所述引脚GP0发送PWM驱动信号到引脚P4，所述引脚GP2发送PWM驱动信号到引脚P2；所述引脚GP4和所述引脚GP5不输出驱动PWM信号；
所述占空比小于50％时输出的所述PWM驱动信号的占空比与接收到的所述PWM控制信号的占空比成反比；
若所述占空比大于50％，则所述引脚GP4发送PWM驱动信号到引脚P1，所述引脚GP5发送PWM驱动信号到引脚P3；所述引脚GP0和所述引脚GP2不输出PWM驱动信号；
所述占空比大于50％时输出的所述PWM驱动信号的占空比与接收到的所述PWM控制信号的占空比成正比。
其中，当所述引脚P2和所述引脚P4在接收到所述PWM驱动信号后驱动电机沿着一个方向旋转；
当所述引脚P1和所述引脚P3在接收到所述PWM驱动信号后驱动电机沿着另一个方向旋转；
通过调节所述PWM驱动信号的占空比来实现电机转速的调节。
本发明具有如下优点：
本发明的电机驱动系统，包括用于输出PWM控制信号的电机控制器和驱动装置，所述驱动装置包括用于对接收到的所述PWM控制信号进行分析并输出相应的驱动信号的驱动芯片和用于接收所述驱动信号以实现对电机的转速和转向进行控制的电机驱动电路；
所述驱动芯片接收所述电机控制器发送的PWM控制信号，并根据所述PWM控制信号的占空比控制所述驱动芯片的各个引脚的输出的PWM驱动信号，以此实现对电机的转向和转速的控制；
本发明的电机驱动系统通过一根线控制电机的转速及正反转，利用最少的外部资源实现了电机的控制功能，降低成本，提高产品可靠性；
本发明的驱动装置功耗小，压降小，提高电机的工作效率；
本发明的驱动装置功耗小，发热不明显，不需要安装额外的散热装置，明显地减小了器件的体积。
附图说明
图1是本发明的电机驱动系统的功能模块图。
图2是本发明的驱动芯片的结构示意图。
图3是本发明的H桥电路的结构示意图。
图4是本发明的电机驱动方法的流程图。
1-电机控制器；2-驱动芯片；3-电机驱动电路。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例1的电机驱动系统，包括用于输出PWM控制信号的电机控制器1和驱动装置，所述驱动装置包括用于对接收到的所述PWM控制信号进行分析并输出相应的驱动信号的驱动芯片2和用于接收所述驱动信号以实现对电机的转速和转向进行控制的电机驱动电路3。
所述驱动芯片接收所述电机控制器1发送的PWM控制信号，并根据所述PWM控制信号的占空比控制所述驱动芯片2的各个引脚的输出的PWM驱动信号，以此实现对电机的转向和转速的控制；
本发明的电机驱动系统通过一根线控制电机的转速及正反转，利用最少的外部资源实现了电机的控制功能，降低成本，提高产品可靠性；
本发明的驱动装置功耗小，压降小，提高电机的工作效率；
本发明的驱动装置功耗小，发热不明显，不需要安装额外的散热装置，明显地减小了器件的体积。
实施例2
进一步，在实施例1的基础上增加如下特征：
周期内高电平的时间占整个周期时间的比值称为占空比，PWM波的范围为0-255，对应的占空比为0-100％；0对应占空比为0％，255对应占空比为100％；
本发明通过控制驱动芯片2来捕捉电机控制器发送的所述PWM控制信号，驱动芯片2对所述PWM控制信号进行分析和计算，并通过引脚输出PWM驱动信号。
所述驱动芯片2包括用于输出PWM驱动信号的引脚GP0、引脚GP2、引脚GP4、引脚GP5和用于读取所述PWM控制信号的引脚GP3；
还包括寄存器、计数器Timer1和计数器Timer2；
所述计数器Timer1用于记录所述PWM控制信号在一个周期内高电平的持续时间；所述计数器Timer2用于记录所述PWM控制信号一个周期持续的时间长度。根据所述高电平的持续时间和PWM信号周期的持续时间长度的比值确定PWM控制信号的占空比；
所述电机驱动电路3包括H桥电路，所述H桥电路包括引脚P1、引脚P2、引脚P3和引脚P4；所述引脚P1用于接收引脚GP4发送的PWM驱动信号；所述引脚P2用于接收引脚GP2发送的PWM驱动信号；所述引脚P3用于接收引脚GP5发送的PWM驱动信号；所述引脚P4用于接收引脚GP0发送的PWM驱动信号。所述引脚P1、所述引脚P2、所述引脚P3和所述引脚P4根据接收到的PWM驱动信号实现对电机的转向和转速的控制。
实施例3
一种电机驱动方法，用于所述电机驱动系统，将所述GP3引脚定义为接收所述PWM控制信号的引脚；
将所述引脚GP0、引脚GP2、引脚GP4和引脚GP5定义为输出PWM的引脚。
所述引脚GP3接收所述PWM控制信号。
所述计数器Timer1记录所述PWM控制信号在一个周期内高电平的持续时间；
所述计数器Timer2记录所述PWM控制信号一个周期持续的总时间长度；
根据一个周期内所述高电平的持续时间和所述总时间长度的比值确定所述PWM控制信号的占空比。
当所述引脚P2和所述引脚P4在接收到所述PWM驱动信号后驱动电机沿着一个方向旋转；
当所述引脚P1和所述引脚P3在接收到所述PWM驱动信号后驱动电机沿着另一个方向旋转；
通过调节所述PWM驱动信号的占空比来实现电机转速的调节。
本实施例中，所述占空比为40％，所述占空比小于50％，则所述引脚GP0发送PWM驱动信号到引脚P4，所述引脚GP2发送PWM驱动信号到引脚P2；所述引脚GP4和所述引脚GP5不输出驱动PWM信号；
所述引脚P2和所述引脚P4驱动电机运行；
输出的所述PWM驱动信号的占空比与接收到的所述PWM控制信号的占空比成反比；
当所述PWM控制信号的占空比增大时，所述PWM驱动信号的占空比减小，则对应的电机转速增大；
实施例4
本实施例中，所述PWM驱动信号的占空比为60％，所述占空比大于50％，则所述引脚GP4发送PWM驱动信号到引脚P1，所述引脚GP5发送PWM驱动信号到引脚P3；所述引脚GP0和所述引脚GP2不输出PWM驱动信号；所述引脚P3和所述引脚P1驱动电机运行；
输出的所述PWM驱动信号的占空比与接收到的所述PWM控制信号的占空比成正比。
当所述PWM控制信号的占空比增大时，所述PWM驱动信号的占空比增大，则对应的电机转速增大。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种电机驱动系统，其特征在于，包括用于输出PWM控制信号的电机控制器(1)和驱动装置，所述驱动装置包括用于对接收到的所述PWM控制信号进行分析并输出相应的驱动信号的驱动芯片(2)和用于接收所述驱动信号以实现对电机的转速和转向进行控制的电机驱动电路(3)；
所述驱动芯片(2)包括用于输出PWM驱动信号的引脚GP0、引脚GP2、引脚GP4、引脚GP5和用于读取所述PWM控制信号的引脚GP3；
所述电机驱动电路(3)包括H桥电路，所述H桥电路包括引脚P1、引脚P2、引脚P3和引脚P4；
所述引脚P1用于接收引脚GP4发送的PWM驱动信号；
所述引脚P2用于接收引脚GP2发送的PWM驱动信号；
所述引脚P3用于接收引脚GP5发送的PWM驱动信号；
所述引脚P4用于接收引脚GP0发送的PWM驱动信号；
若占空比等于50％，则引脚GP0、引脚GP2、引脚GP4、引脚GP5均不输出PWM驱动信号；
若所述占空比小于50％，则所述引脚GP0发送PWM驱动信号到引脚P4，所述引脚GP2发送PWM驱动信号到引脚P2；所述引脚GP4和所述引脚GP5不输出驱动PWM信号；当所述引脚P2和所述引脚P4在接收到所述PWM驱动信号后驱动电机沿着一个方向旋转；
若所述占空比大于50％，则所述引脚GP4发送PWM驱动信号到引脚P1，所述引脚GP5发送PWM驱动信号到引脚P3；所述引脚GP0和所述引脚GP2不输出PWM驱动信号；当所述引脚P1和所述引脚P3在接收到所述PWM驱动信号后驱动电机沿着另一个方向旋转；
通过调节所述PWM驱动信号的占空比来实现电机转速的调节。
2.根据权利要求1所述电机驱动系统，其特征在于，所述驱动芯片(2)还包括寄存器、计数器Timer1和计数器Timer2；
所述计数器Timer1用于记录所述PWM控制信号在一个周期内高电平的持续时间；
所述计数器Timer2用于记录所述PWM控制信号一个周期持续的时间长度。
3.一种电机驱动方法，用于权利要求2所述电机驱动系统，其特征在于，将所述GP3引脚定义为接收所述PWM控制信号的引脚；
将所述引脚GP0、引脚GP2、引脚GP4和引脚GP5定义为输出PWM驱动信号的引脚；
若占空比等于50％，则引脚GP0、引脚GP2、引脚GP4、引脚GP5均不输出PWM驱动信号；
若所述占空比小于50％，则所述引脚GP0发送PWM驱动信号到引脚P4，所述引脚GP2发送PWM驱动信号到引脚P2；所述引脚GP4和所述引脚GP5不输出驱动PWM信号；当所述引脚P2和所述引脚P4在接收到所述PWM驱动信号后驱动电机沿着一个方向旋转；
若所述占空比大于50％，则所述引脚GP4发送PWM驱动信号到引脚P1，所述引脚GP5发送PWM驱动信号到引脚P3；所述引脚GP0和所述引脚GP2不输出PWM驱动信号；当所述引脚P1和所述引脚P3在接收到所述PWM驱动信号后驱动电机沿着另一个方向旋转；
通过调节所述PWM驱动信号的占空比来实现电机转速的调节。
4.根据权利要求3所述电机驱动方法，其特征在于，所述引脚GP3接收所述PWM控制信号。
5.根据权利要求4所述电机驱动方法，其特征在于，
所述计数器Timer1记录所述PWM控制信号在一个周期内高电平的持续时间；
所述计数器Timer2记录所述PWM控制信号一个周期持续的总时间长度；
根据一个周期内所述高电平的持续时间和所述总时间长度的比值确定所述PWM控制信号的占空比。
6.根据权利要求5所述电机驱动方法，其特征在于，
所述占空比小于50％时输出的所述PWM驱动信号的占空比与接收到的所述PWM控制信号的占空比成反比；
所述占空比大于50％时输出的所述PWM驱动信号的占空比与接收到的所述PWM控制信号的占空比成正比。
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