电机驱动模块

4.1 设计思路
由于系统对噪声的敏感度较高，所以在电机控制这部分对噪声的抑制尤为重要。因此最终没有采用传统的PWM控制方式，而是通过模拟电压线性放大来控制电机的转速。
电机驱动模块采用OPA548作为驱动芯片，驱动12V直流电机，同时会检测电机运转时的电流，当超过限定值的时候会降低电机的驱动电压，防止电机遇到堵转的时候因电流过大而烧毁驱动电路。
4.2 数模转换电路
由于采用模拟的方式驱动电机，因此需要将系统传来的控制信号转换成模拟信号。这些由DA转换器来实现，电路如图4-1所示。DA采用AD5307数模转换器，AD5307具有两路DA输出，可以满足两个电机的控制，同时它采用串行接口来接受系统传来的控制信号。

驱动电路由差分电路、反向加法电路、功率放大电路和电流检测电路组成。整体原理图如图4-2所示。

4.3 差分放大电路
差分电路的作用是将DA转换器的输出提取出来并放大。差分电路的实质是减法电路，它的作用是放大同向输入端和反向输入端之间电压的差值。其原理图如图4-3所示。差分电路输出电压计算公式为： 。

对差分电路进行仿真，其电路图如图4-4所示，仿真结果如图4-5所示。从图4-4可以看出，差分放大电路的放大倍数设置为3倍， 输入为2V， 输入为1V，则输出 。

.4反向加法电路
反向加法电路的作用是将系统传来的控制信号、偏置信号和电机限流信号融合起来作为电机的输入控制电压。控制信号是用来控制电机的转速，偏置信号用来调整电机的初始工作状态，而电机限流信号则是限制电机工作在设定的电流之下，保证电机不被烧毁。其工作框图如图4-6所示。

因此 实际上是决定每个信号作用的比例系数，该比例越大，则对应的信号对输出的影响越大。
图4-7反向加法控制电路原理图
4.5功率放大电路
由于前面电路都是一个控制信号，无法直接驱动电机，因此需要对控制信号进行功率放大，保证其有足够的输出能力驱动电机。通过大电流运放OPA548构建同向放大电路来驱动电机，电路
从电路来看，首先对输入的信号进行了一个分压，然后在放大。同向放大电路的输入和输出的关系为：
其中， v+为运放同向输入端电压。
则图4-8中电路输入与输出电压的关系为：

4.6电流检测电路
由于电机在工作的时候可能会发生堵转导致回路电流变大，烧毁电机以及驱动电路。因此需要对电机的工作电流进行检测，在发现电流过大的时候减小电机的驱动电压，保证电流在一定的范围内。电流检测电路原理图如图4-10所示。

电流检测电路分为两个部分，首先需要将电流信号转换为电压信号。在电机的回路上串联一个小阻值的的功率电阻就可以将通过电阻的电路转换成电压。根据原理图所示，串联的电阻阻值为：

采用串并的方式是为了提高电阻网络的功率，保证电阻不被烧毁。则根据欧姆定律，电流经过采样电阻后在采样电阻上产生的压降为：

采样电阻将通过的电流转换成电压信号之后无能直接输出给处理电路，需要对这个信号进行阻抗匹配。阻抗匹配电路采用同向放大，将运放的输出直接接在反向输入端上，这样运放的输出就与输入保持一致，既提高了信号的驱动能力，又对信号进行了隔离。

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