机器人基础--马达驱动器

之前我们做LED试验的时候，如果非常快地开开关关，会看到LED没有熄灭，而是亮度降低了。如果我们也用很快的速度，让马达转一会，停一会，马达也会像LED一样，没有停下来，只是速度慢了哦。

情景分析

1. 我们看到马达上有两条线，一根正极接到电池的正极，一根负极接到电池的负极，接通以后马达就会旋转起来。如果把两根线调换，马达的正极接到电池的负极，马达的负极接到电池的正极，它就会向另一边旋转。如果把两根线都接到电池的正极，或者负极呢?马达是不会旋转的。
2. 我们给马达通电，马达转动起来了，把电断开，马达转动慢了一点，在没有完全停下来之前再次通电马达又会加速继续旋转，再断开…再通电…再……
   想让马达转快一点，就让它通电的时间长一点。需要马达转慢一点，通电时间就短一点，这样就可以控制马达的速度了。 这个方法叫做脉冲宽度调制，简称PWM。它在控制器内部是由专门硬件实现的，并不需要像在LED试验那样，要由指令来切换开关，在程序中只需要告诉PWM控制器：通电多久，断开多久，它就会自动在端口上输出控制信号。
3. 现在我们已经知道怎么样让马达转不同的方向和速度了，但是控制器的端口只能提供很少的电流，没办法让马达转动起来，需要用马达驱动模块来把电流放大。OSEPP的马达驱动器TBMotorDriver可以同时为两个马达放大电流，插在控制器上后，马达驱动其中一路接到了11号，12号端口。另一路接到8号，3号端口(控制速度)。为什么一个马达要接2个端口？因为除了想要控制马达的速度，还需要控制转动的方向。其中一个端口用来控制通电和断电，另外一个端口告诉马达驱动把电流方向翻转，马达就会反方向转动。只要在这4个端口上输出相应的信号就可以控制两个马达了。
4. 在UnoMax控制器上有6个端口可以输出PWM。分别是3，5，6，9，10，11号端口。PWM控制器把时间分成255份，只需要告诉它，每255份里面有多少份是高电平，它就会按照设置不停地工作。我们需要用指令analogWrite(pin,pwm)来告诉控制器，pin是输出PWM的端口，只能是支持PWM的端口哦，pwm是高电平的时间，也就是速度(从0到255)。我们的机器人上是使用3号端口来控制一个马达的转动方向，8号端口用PWM控制马达的速度。另一个马达是12号端口控制方向，11号端口控制速度。analogWrite(pin,pwm)对应积木

流程解析

1. 控制器开机后使用pinMode指令配置端口11，12为输出模式。
2. 使用digitalWrite指令设置12号端口输出低电平，控制马达的旋转方向。
3. 使用analogWrite(11,234)指令来设置11号端口的PWM数值为234，控制马达的速度。
4. 暂停3秒钟，方便观察马达的旋转情况。
5. 设置12号端口输出高电平，控制马达旋转相反的方向。
6. 设置11号端口的PWM数值为123，控制马达以较慢的速度转动。
7. 暂停3秒钟，方便观察马达的旋转情况。
8. 重复执行：设置11号端口PWM数值为0，马达停止。

参考程序

• oseppBlock IDE 程序

• Arduino IDE 程序

 void setup() {
     pinMode(12, OUTPUT);     //12号端口配置为输出模式
     pinMode(11, OUTPUT);     //11号端口配置为输出模式
     digitalWrite(12, LOW);   //12号端口输出低电平
     analogWrite(11, 234);    //11号端口通过PWM输出234速度
     delay(3000);             //暂停3秒中,观察马达转动
     digitalWrite(12, HIGH);  //12号端口速度高电平
     analogWrite(11, 123);    //11号端口通过PWM输出123速度
     delay(3000);             //等待3秒钟,观察马达是否向另一方向转动
 }

 void loop() {
     analogWrite(11, 0);     //11号端口通过PWM输出0速度，马达停止
 }

运行结果

请注意将机器人悬空，马达将会转动。需要接上电池才能看到效果哦
接通电源，上传程序后，其中一个马达开始转动，3秒中之后，向另一个方向转动，并且速度慢一些。最后停止转动。如果没有看清楚，可以按一下控制器上面的复位按钮或者关掉再打开电源再看一次。

课程解读

1. PWM在运行到暂停指令时，会继续工作吗？PWM是硬件实现的，一旦启动后，会一直工作直到再次设置它，或者断电。
2. 放置在setup函数中的指令，只会在通电后执行一次，之后就不断地重复执行loop函数中的指令。我们的程序结构中，马达转动，暂停，反过来转动，暂停。每次通电都只会执行一次。而马达停止的指令会不断地执行。但是这些指令并没有改变信号，所以相当于没有执行，就是消磨一下时间。
3. 把PWM设置成很小的数字，马达会很慢地转动吗？为什么？

拓展知识

1. PWM硬件是用定时器来实现的，定时器定时地不停地数数，从0数到255，再回到0。每次数到0的时候，就把端口设置为高电平，每次数到我们设置的数字时，就把端口设置为低电平。默认情况下，每一秒钟数50遍。通过一些额外的配置，可以设置数到0时输出低电平，数到设置的数字时输出高电平。还可以设置每1秒钟数多少遍。
2. 定时器一秒钟数多少遍，称为定时器的频率，单位是赫兹。一秒数50遍，就是50赫兹，人耳朵可以听到的频率范围是16到20000赫兹，所以有时我们会听到马达发出声音。如果把频率设置到20000以上，就可以改善马达的噪音问题。
3. 马达驱动是通过H桥来实现的，H桥内部有4个开关
   
   控制器给出的信号会通过一定的处理后，控制这4个开关的通和断。当Q1和Q3接通，Q2和Q4断开时，电从马达M的左边流到右边。Q2和Q4接通，Q1和Q3断开时，电从马达M的右边流到左边。
4. 马达启动时，需要比转动起来后的电流大2.5倍左右，叫做启动电流，每个马达所需要的启动电流是不一样的。没有达到启动电流马达是不会转动起来的。

oseppBlock操作视频

ArduinoIDE操作视频