【四两拨千斤】一块八的芯片如何挽救一百多块的电路板——论数电的重要性

        本文记叙了我经历的一件趣事，有别于以往的教程类博文，这篇文章我将按照事情的发展经过叙述，大家可以跟随本文体验一把笔者所经历的跌宕起伏，同时感谢教我数电的王老师（一位难得的好老师，在我本科生涯中印象深刻）。大家一定要好好学数电啊！

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事情的经过是这样的：

起初，我画了一块无人车的控制器板子，使用了一种全桥芯片来驱动直流减速电机：手册上真值表是这样描述的：

从红框中看到这个全桥的驱动很简单（事实并非如此)：控制输入管脚 IN1 和 IN2，就可以控制输出管脚OUT1和OUT2，实际我们不必在意第3，4行的描述，那是和过流保护相关的参数，而在我的设计中留足了余量，所以没有设计过流保护的电路。

因此，如果要实现直流电机的正反向调速的话，一个芯片需要两个PWM通道，那么我这个控制四个直流电机的控制器，就需要消耗2个四通道的定时器。

玩过单片机的同学们都知道，单片机的定时器是很宝贵的资源，尤其是我的控制器需要好几个定时器来做正交编码器计数。带PWM功能的定时器就这么多，当然是能省则省。能不能用一个定时器就实现呢？

数电知识在这里派上了用场：

对于单个电机，我用一个普通IO控制电机的正反转（极性），一个PWM通道控制占空比（电压幅值），这样四个电机只需要四个PWM通道就可控制了，正好是一个定时器的四个通道。

这么实现的？正好我的控制器中在信号部分使用了一个与非门做反相器，因此买了许多与非门芯片，所以不如就用与非门来搭建这个电路吧：

于是我用我可怜的数电知识构造了这样一个电路：

我们可以来看看真值表：

DIRx	PWMx	IN1	IN2
0	0	1	1
0	1	0	1
1	0	1	1
1	1	1	0

 

可以看到，DIRx=0时，PWMx的变化使得输出在正转（Forward）与制动（Brake）之间切换，这也就实现了正向调速。同理，DIRx=1时，PWMx的变化使得输出在制动（Brake）与反转（Reverse）与之间切换，实现反向调速。

毫无问题，在如此想法下我完成了原理图，花了几天功夫画好PCB发出去做了。然后等板子到了兴冲冲地取回板子焊接。全过程那叫一个行云流水水到渠成。三下五除二写好了电机的驱动代码。编译！下载！电机转了！成了！（启示：不应高兴太早，否则你就会知道什么叫残忍。）

我鬼使神差的摸了一下全桥芯片，嘶！好烫！

不应该呀，我电机明明空载运行，这电流也没有超过全桥芯片的额定电流，怎么就发烫了呢？我反复排查无果。只好回去翻芯片手册，然后我就看到了这一行：

我默默回去看了一下我的真值表，什么？我竟然在制动和启动中切换，我的脑子是怎么想的？就好像我在用1KHz的频率疯狂在油门和刹车间切换，不用说，制动消耗的能量肯定化为全桥芯片中的热量了。它，就是导致全桥发热的元凶！而我就是那个试图狂踩油门和刹车来调速的憨货。

木已成舟（指我的PCB已经焊好），难道我要重画了么？在痛苦思索了一段时间后，我又有了新的想法：

我先是列出正确的真值表（在启动与滑行之间切换）：

DIRx	PWMx	IN1	IN2
0	0	0	0
0	1	0	1
1	0	0	0
1	1	1	0

可以看到，我使IN1=DIRx 与 PWMx，而IN2=（DIR非）与PWMx，这是一个很直观的解决办法，使用2个与门和一个非门，但是不可避免的需要修改连线，这样我这刚焊好的一百多大洋的板子就打水漂了！（我可太惨了~）

有没有不用改板子的办法？很多人会想，你在想peach?老老实实改板子长记性把！

事实上，还真的有，数电老师很说过“同一个逻辑，可以有不止一个表达式”（大概是这个意思），所以，请看：

我把两个与非门换成了与门，现在大家回去看看，是不是和修改后的真值表一模一样？

逻辑门芯片都是差不多一个样子的，某宝搜一下，很快找到的匹配的型号，买了几片，一共一块八（还包邮，我在心中乐开了花）。看样子，换上芯片就完事啦！这样，我这块一百多的板子算是保住啦。下次画板子一定要认真读手册！

……

……

……

朋友们，你们以为这就结束了吗？

 

我把这件事讲给一位我非常敬重的硬件大神。他问我：“你PWM的频率多少”

“1000Hz”,我答。

“调到20KHz试试”，他很快回复我。

我照做了，然后摸了摸芯片，不烫了。

我：“*&……%￥#@！”

“同步续流了解一下”，他说。

 

 

有道是：“听君一席话，净省一块八”。

（怎么没有早点请教他呢？）

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希望大家养成善于思考，不耻下问的习惯，记下这件小事，只为博诸君一乐。大家给个赞呗，谢谢！