【雕爷学编程】Arduino动手做（194）---makeblock mbot 主控板

37款传感器与模块的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和执行器模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手试试多做实验，不管成功与否，都会记录下来——小小的进步或是搞不掂的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验一百九十四：mbot主控板 makeblock童心制物mCore V1.5开发板 RJ25接口机器人兼容Arduino

mBot，这款带科技感的、工业级的主控板，它支持积木式电脑编程和Arduino编程，换句话说，它是从Arduino演变而来，由于mBot使用的控制芯片是atmega328p-AU，与Arduino系统中的UNO相同，故它们在某种程序上，具有相似的功能和接口。

1、 atmega328的最小系统
常用的最小系统，由时钟电路（晶振电路），复位电路和电源电路组成，如下图所示，其中晶振使用16M的晶振，复位电路低电平有效，5V电压供电，同时将各控制引脚通过网络标号的形式引出，然后再连接到各功能电路模块中，其中的D13/SCK连接了一个LED灯，因为MISO、MOSI和SCK组成了SPI接口，而SCK提供时钟，所以这个Led应该是显示SPI的工作状态。

时钟电路
在晶振并联一个1M欧姆的电阻，查阅资料发现它的作用是降低Q值,增大阻尼,缩短起振时间。

2、电源电路
mBot上的电压可由3种方式提供，如下图所示，一种是USB供电方式（图中的VBUS），这个主要用来调试程序，因为它既可以提供电压，又可以进行通信，如下载程序等；一种是通过电池的形式供电，电池由P1引入，另一种是由DC适配器电源提供，而且当后两种供电时，通过CMOS三极管的作用，只能有一种起作用。

不管是那种供电方式，最后都由开关S1来控制电压的开断，当S1闭合后，电压输出两路，一路连接到电机的驱动部分进行供电，一路经TP3603芯片转换成5V的电压，为整个系统进行供电。值得一提地是，转换后的5V电压，又经过肖特基二极管和TVS二极管以及电容，进行了进一步的保护，大大增加了系统电压的稳定性，最后通过一个Led灯指示电压的工作状态。

TP3605是TPmicro（TapowerSemiconductor Inc.）推出的一款1MHz固定频率CC(恒流)模式的PWM升压型DC-DC变换器。芯片集成了2.1A/200mΩ主开关，单节锂电池供电能够输出5V高达1A的负载电流，最高输出电压可达12V。它内部已经集成了上、下桥 MOS，在外部只需要加输出电感及整流二极管就可以得到输出电压，效率更是高达94%以上。电流模控制提供了快速的瞬态响应和周期性的峰值电流限制能力。TP3605具有过温保护，关断保护，欠压保护，过流保护等保护机制，增添了系统的稳定性，以确保芯片工作的安全性。TP3605转换效率高，可达到94%以上，特别是在关断模式下只需要不到1uA的工作电流，在同等条件下更省电，使得在手持式产品的应用领域获得更长的待机时间。

充电电路

TP4056是一款锂电池恒压线性充电管理IC，充电电压固定4.2V。
引脚TEMP1：电池温度检测输入，连接到电池的NTC传感器输出端，温度过低或过高引起此引脚电压输出异常，充电暂停，当然了，这里是接地GND的，所以是没有这个功能的。
引脚PROG2：充电电流检测端，一般串一个电阻R来监测电流I
引脚CE：使能端，高电平使能
引脚CHRG：充电状态指示，充电时内部下拉低电平，否则高阻态
引脚STDBY：充电完成指示，内部下拉，否则高阻态
引脚BAT：电池连接端

电源控制管理
TP3605具有过温保护，关断保护，欠压保护，过流保护等保护机制，增添了系统的稳定性，以确保芯片工作的安全性。TP3605转换效率高，可达到94%以上，特别是在关断模式下只需要不到1uA的工作电流，在同等条件下更省电，使得在手持式产品的应用领域获得更长的待机时间。

3 、USB&串口电路
USB的接口电路，如下图所示，首先由USB接口提供5V的电压，由VBUS引入到电源电路中，其次，由USB接口引入的D_N和D_P经CH340芯片，将主控芯片上的TTL串口D0/RXD、D1/TXD转换成USB接口，同时D0/RXD、D1/TXD通过P5与蓝牙模块连接，进行主控芯片与蓝牙、USB与蓝牙的数据通信。另外，蓝牙模块和主控芯片通信P4接口与其电路，共用复位功能。

CH340 是一个USB 总线的转接芯片，实现USB 转串口、USB 转IrDA 红外或者USB 转打印口。在串口方式下，CH340 提供常用的modem联络信号，用于为计算机扩展异步串口，或者将普通的串口设备直接升级到USB 总线；在红外方式下，CH340 外加红外收发器即可构成USB 红外线适配器，实现SIR 红外线通讯。它具有： 全速USB 设备接口，兼容USB v2.0，外围元器件只需要晶体和电容；仿真标准串口，用于升级原串口外围设备，或者通过USB 增加额外串口；计算机端Windows 操作系统下的串口应用程序完全兼容，无需修改；硬件全双工串口，内置收发缓冲区，支持通讯波特率50bps～2Mbps；支持常用的MODEM 联络信号RTS、DTR、DCD、RI、DSR、CTS；通过外加电平转换器件，提供RS232、rs485、RS422 等接口； 支持IrDA 规范SIR 红外线通讯，支持波特率2400bps 到115200bps。

USB转串口电路

CH340G，也需要一个M的起振电路，供电5V（3.3V电压也可以，但是V3引脚必须与VCC相连且必须引入外部3.3V电源，其外部连接电路必须不超过3.3V），芯片内部内置了电源上电复位地电路。

4 、电机驱动电路
控制mBot上的两个驱动电路，如下图所示，由控制芯片ATMega328引出的DIR2_D4+、DIR1_D7控制转动的方向，PWM1_D6、PWM2_D5控制转动的速度，这四个引脚分别连接到驱动芯片TB6612上，最后经过TB6612的处理，转换成真正的控制信号M1+、M1-和M2+、M2-经过P2、P3连接到电机上，来控制电路的转动。

TB6612是东芝半导体公司生产的一款直流电机驱动器件，它具有大电流MOSFET-H桥结构，双通道电路输出，每通道输出最高1.2 A的连续驱动电流，启动峰值电流达2A/3.2 A(连续脉冲/单脉冲)，4种电机控制模式：正转/反转/制动/停止，PWM支持频率高达100 kHz，片内低压检测电路与热停机保护电路。由于其基于MOSFET的H桥集成电路，其效率高于晶体管H桥驱动器。相比常用的L298N的热耗性和外围二极管续流电路，它无需外加散热片，外围电路简单，只需外接电源滤波电容 ，就可以直接驱动电机，利于减小系统尺寸。

驱动IC TB6612，大电流双通道电路输出，可同时驱动2个电机！每通道输出最高1.2 A的连续驱动电流，启动峰值电流达2A/3.2 A(连续脉冲/单脉冲);4种电机控制模式：正转/反转/制动/停止，PWM支持频率高达100 KHZ;待机状态;片内低压检测电路与热停机保护电路; 我们知道控制直流电机，一般要3个IO引脚，一个控制输出PWM，还有2个则控制正反转mCore呢，2个电机控制只用了4个IO引脚，真是省了2个IO资源啊！

分析下，三极管9013是NPN型，当DIR2_D4+为高电平时，三极管导通，DIR2_D4-接地低电平，当DIR2_D4+为低电平时，三极管截止，DIR2_D4-接+5V串电阻，为高电平，同样，DIR2_D7+也是一样的。这样设计节省资源IO，但是不能通过同时高或同时低来制动，而只能通过控制PWM速度控制来制动。

5 、板载传感器电路

按键电路
按键电路非常简单，按下低电平，弹上高电平。

6、 RGB控制电路，以及光敏电阻控制电路

光敏传感器电路
光敏传感器的电路也非常简单，主要理解光敏电阻，随着光照强度的增加，其电阻值会逐渐减小这一特性，反应到电路上，就是光照越强，A6端的电压越大。

RGB三色灯电路
mBot的RGB三色灯与以往的三色灯不同，它使用了一个集控制电路与发光电路于一体的智能外控LED光源，即WS1812B。主要弄懂在级联时，每经过1个像素点传输，信号减少24bit。ws2812B是一个集控制电路与发光电路于一体的智能外控LED光源。其外型与一个5050LED灯珠相同，每个元件即为一个像素点。像素点内部包含了智能数字接口数据锁存信号整形放大驱动电路，还包含有高精度的内部振荡器和可编程定电流控制部分，有效保证了像素点光的颜色高度一致。数据协议采用单线归零码的通讯方式，像素点在上电复位以后，DIN端接受从控制器传输过来的数据，首先送过来的24bit数据被第一个像素点提取后，送到像素点内部的数据锁存器，剩余的数据经过内部整形处理电路整形放大后通过DO端口开始转发输出给下一个级联的像素点，每经过一个像素点的传输，信号减少24bit。像素点采用自动整形转发技术，使得该像素点的级联个数不受信号传送的限制，仅仅受限信号传输速度要求。具体工作原理，可查看其数据手册。