mBot硬體電路介紹 Part１

mBot，這款帶科技感的、工業級的遙控玩具，它支援積木式電腦程式設計和Arduino程式設計，換句話說，它是從Arduino演變而來，由於mBot使用的控制晶片是ATMega328P-AU，與Arduino系統中的UNO相同，故它們在某種程式上，具有相似的功能和介面，下面分別是UNO和mBot的控制電路，可以先感受下他們的介面。

正式進入主題，接下來，分析下mBot的主控板mCore上電子元件的電路原理，更加地瞭解mBot的工作原理，以方便為後續的功能實現，打下一個良好的基礎。

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1、 ATMega328的最小系統
常用的最小系統，由時鐘電路（晶振電路），重定電路和電源電路組成，如下圖所示，其中晶振使用16M的晶振，重定電路低電平有效，5V電壓供電，同時將各控制引腳通過網絡標號的形式引出，然後再連接到各功能電路模組中，其中的D13/SCK連接了一個Led燈，因為MISO、MOSI和SCK組成了SPI介面，而SCK提供時鐘，所以這個Led應該是顯示SPI的工作狀態。

2、電源電路
mBot上的電壓可由3種方式提供，如下圖所示，一種是USB供電方式（圖中的VBUS），這個主要用來偵錯工具，因為它既可以提供電壓，又可以進行通信，如下載程式等；一種是通過電池的形式供電，電池由P1引入，另一種是由DC轉接器電源提供，而且當後兩種供電時，通過CMOS三極管的設計，讓電壓來源只能有一種起作用。

不管是那種供電方式，最後都由開關S1來控制電壓的開關，當S1閉合後，電壓輸出兩路，一路連接到馬達的驅動部分進行供電，一路經TP3603晶片轉換成5V的電壓，為整個系統進行供電。值得一提的是，轉換後的5V電壓，又經過萧特基二極體和TVS二極體以及電容，進行了進一步的保護，大大增加了系統電壓的穩定性，最後通過一個Led燈指示電壓的工作狀態。

TP3605是TPMICRO（TapowerSemiconductor Inc.）推出的一款1MHz固定頻率CC(恒流)模式的PWM升壓型DC-DC變換器。晶片集成了2.1A/200mΩ主開關，單節鋰電池供電能夠輸出5V高達1A的負載電流，最高輸出電壓可達12V。它內部已經集成了上、下橋 MOS，在外部只需要加輸出電感及整流二極體就可以得到輸出電壓，效率更是高達94%以上。電流模控制提供了快速的瞬態回應和週期性的峰值電流限制能力。TP3605具有過溫保護，關斷保護，欠壓保護，過流保護等保護機制，增添了系統的穩定性，以確保晶片工作的安全性。TP3605轉換效率高，可達到94%以上，特別是在關斷模式下只需要不到1uA的工作電流，在同等條件下更省電，使得在掌上型產品的應用領域獲得更長的待機時間。

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3 、USB&串口電路
USB的介面電路，如下圖所示，首先由USB介面提供5V的電壓，由VBUS引入到電源電路中。其次，由USB介面引入的D_N和D_P經CH340晶片，將主控晶片上的TTL串口D0/RXD、D1/TXD轉換成USB介面，同時D0/RXD、D1/TXD通過P5與藍牙模組連接，進行主控晶片與藍牙、USB與藍牙的資料通信。另外，藍牙模組和主控晶片通信P4介面與其電路，共用重定功能。

CH340 是一個USB 匯流排的轉接晶片，實現USB 轉串口、USB 轉IrDA 紅外或者USB 轉列印口。在串口方式下，CH340 提供常用的MODEM聯絡信號，用於為電腦擴展非同步串口，或者將普通的串口設備直接升級到USB 匯流排；在紅外線方式下，CH340 外加紅外收發器即可構成USB 紅外線適配器，實現SIR 紅外線通訊。它具有： 全速USB 設備介面，相容USB V2.0，週邊元器件只需要晶體和電容；模擬標準串口，用於升級原串口週邊設備，或者通過USB 增加額外串口；電腦端Windows 作業系統下的串口應用程式完全相容，無需修改；硬體全雙工串口，內置收發緩衝區，支援通訊串列傳輸速率50bps～2Mbps；支援常用的MODEM 聯絡信號RTS、DTR、DCD、RI、DSR、CTS；通過外加電平轉換器件，提供RS232、RS485、RS422 等介面； 支援IrDA 規範SIR 紅外線通訊，支援串列傳輸速率2400bps 到115200bps。

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4 、馬達驅動電路
控制mBot上的兩個馬達驅動電路，如下圖所示，由控制晶片ATMega328引出的DIR2_D4+、DIR1_D7控制轉動的方向，PWM1_D6、PWM2_D5控制轉動的速度，這四個引腳分別連接到驅動晶片TB6612上，最後經過TB6612的處理，轉換成真正的控制信號M1+、M1-和M2+、M2-經過P2、P3連接到馬達上，來控制電路的轉動。

TB6612是東芝(Toshiba)公司生產的一款直流馬達驅動器件，它具有大電流MOSFET-H橋結構，雙通道電路輸出，每通道輸出最高1.2 A的連續驅動電流，啟動峰值電流達2A/3.2 A(連續脈衝/單脈衝)，4種電機控制模式：正轉/反轉/制動/停止，PWM支援頻率高達100 kHz，片內低壓檢測電路與熱停機保護電路。由於其基於MOSFET的H橋積體電路，其效率高於電晶體H橋驅動器。相比常用的L298N的熱耗性和週邊二極體續流電路，它無需外加散熱片，週邊電路簡單，只需外接電源濾波電容 ，就可以直接驅動電機，利於減小系統尺寸。