L9110H电机驱动模块-FPGA

ConjoinedDestiny

已于 2023-08-23 21:27:29 修改

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文章标签： fpga开发嵌入式硬件

于 2022-08-03 22:33:13 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/ConjoinedDestiny/article/details/126150244

本文介绍了L9110H电机驱动芯片的H型全桥式驱动电路原理，包括电机正反转的控制方式，并展示了具有使能控制和方向逻辑的电路设计。此外，还提供了电机驱动模块的运行状态逻辑真值表以及通过FPGA控制电机的代码示例，详细阐述了如何利用FPGA芯片的IB和IA管脚控制风扇的开关、转动方向和速度。

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L9110H电机驱动芯片，该芯片内部集成了一个H型全桥式高电压大电流电机驱动电路，可以单独驱动一个直流电机。

1.1 电机驱动原理

H型全桥式驱动电路包含四个三极管和一个电机，其电路图如图1.1所示。将四个三极管分成两组，若两组三极管同时导通或同时关断，此时电机不会工作；如果想使用该驱动电路驱动电机运转，就必须导通其电路中位于对角线上的一对三极管。此时两组三极管的状态必须互补：当一组导通时，另一组必须关断。当三极管Q1、Q4导通，Q2、Q3关断时，电机两端所加为正向电压，此时电机将会顺时针转动；当三极管Q2、Q3导通，Q1、Q4关断时，机两端所加为反向电压，此时电机将会逆时针转动。要注意的是，在直流电机运转的过程中要使电机不断在四个象限之间切换，即在顺时针转动和逆时针转动之间切换。即四个三极管在Q1、Q4导通且Q2、Q3关断，和Q1、Q4关断且Q2、Q3导通这两种状态之间切换。

图1.1 H型全桥驱动电路示意图

为了方便控制三极管的导通和关断，一般会在基础的H型全桥驱动电路上增加四个与门和两个非门。这种设计方案的电路如图1.2所示。通过这样的电路设计，只需要一个信号ENABLE就可以控制H型全桥式驱动电路上所有三极管的开关；然后再分别给两个非门提供一个方向输入信号，这样只需要两个信号DIR-L和DIR-R就可以控制H型全桥驱动电路的四个三极管的导通和关断，以达到控制电机转动方向的效果。这样的设计减少了系统管脚的使用率，仅仅只用三个信号就能控制电机的运转。

图1.2 具有使能控制和方向逻辑的H型全桥驱动电路示意图

电机驱动模块运行状态逻辑真值表如表1.1所示。

表1.1 电机驱动模块运行状态逻辑真值表

IB	IA	运行状态
X	X	停止
1	0	正转
0	1	反转
1	1	刹停
0	0	停止

通过FPGA芯片控制L9110H电机驱动模块上的管脚IB和IA来控制风扇的开关、转动方向和转动速度，即当IB信号为PWM波、IA信号为低电平时风扇正转，此时风扇的转速由PWM波的占空比决定；当IB信号为低电平、IA信号为PWM波时风扇反转，此时风扇的转速同样由PWM波的占空比决定。

电机驱动的代码非常简单，只需要控制管脚IA和IB的值，如下所示

module motor_driver(
    input           clk     ,
    input           rst_n   ,
    input   [2:0]   gear    ,//档位可根据需要进行设置

    output          IA      ,
    output  reg     IB
);

    parameter   [31:0]  StepLockOut = 32'd200000;//250Hz

    reg     [32:0]  StepCounter ;

always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)
        StepCounter <= 0;
    else if(StepCounter == StepLockOut -1)
        StepCounter <= 0;
    else
        StepCounter <= StepCounter + 1;
end

always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)
        IB <= 0;
    else
    case(gear)
        3'd0:begin
            IB <= 0;
        end
        3'd1:begin
            if(StepCounter <= StepLockOut/5 -1)
                IB <= 1;
            else
                IB <= 0;
        end
        3'd2:begin
            if(StepCounter <= StepLockOut/5*2 -1)
                IB <= 1;
            else
                IB <= 0;
        end
        3'd3:begin
            if(StepCounter <= StepLockOut/5*3 -1)
                IB <= 1;
            else
                IB <= 0;
        end
        3'd4:begin
            if(StepCounter <= StepLockOut/5*4 -1)
                IB <= 1;
            else
                IB <= 0;
        end
        3'd5:begin
                IB <= 1;
        end
        default:IB <= 0;
    endcase
end

assign IA = 0;

endmodule