DRV2605L多ERM、LRA触觉驱动套件使用指南

在电子设计领域，触觉反馈技术正变得越来越重要，它能为用户带来更加沉浸式的交互体验。德州仪器（Texas Instruments）的DRV2605L多ERM、LRA触觉驱动套件就是这样一款优秀的产品，下面将详细介绍这款套件的相关内容。

文件下载：DRV2605LEVM-MD.pdf

一、DRV2605L器件概述

DRV2605L是一款专为线性谐振执行器（LRA）和偏心旋转质量（ERM）电机设计的触觉驱动器。它具有诸多特性，有效消除了触觉电机控制设计的复杂性，具体特性如下：

1. 减小解决方案尺寸：在有限的空间内实现高效的触觉驱动设计。
2. 高效输出驱动：能以较高的效率为执行器提供驱动信号。
3. 闭环电机控制：可根据电机的实际运行情况进行实时调整，提高控制精度。
4. 快速设备启动：缩短响应时间，让用户能更快感受到触觉反馈。
5. 嵌入式波形库：提供多种预设的波形，方便设计师快速实现不同的触觉效果。
6. 自动共振频率跟踪：确保电机始终工作在最佳状态。

二、DRV2605LEVM - MD评估模块

DRV2605LEVM - MD评估模块是DRV2605LDGS的评估平台。该套件包含8个DRV2605L器件、MSP430F5510微控制器（MCU）、支持多达8个LRA或ERM的终端输出、从Immersion授权的DRV2605L集成波形以及电容式触摸按钮，这些组件充分展示了DRV2605L的功能。

（一）快速上手

1. 功能特点
   • 该评估模块展示了如何在需要多个触觉驱动器（相同从地址）的应用中独立设置并同时播放这些驱动器。板上集成了TCA9548A I2C开关，用于控制8个DRV2605L驱动器中哪些I2C线连接到主输入I2C总线，可选择任意2个通道的组合连接到主输入IC总线。
   • 同时，板上还集成了具有USB接口能力和引导加载（BSL）功能的MSP430F5510器件。USB接口使用户无需修改固件就能灵活控制DRV2605L设备，BSL功能则简化了固件更新过程，无需额外硬件和Code Composer Studio™软件。
2. 电源供应
   • 该板有两种供电方式。对于同时需要两个或更少活动DRV2605L设备的应用，可通过USB端口供电；对于需要两个以上驱动器的应用，建议使用额定电流为1.6 A的外部电源端子。可使用跳线头MSP和DRV手动选择USB电源或外部电源。
3. 快速启动板设置
   • 连接执行器：将4个ERM执行器连接到板上的端子块输出1至4，将4个LRA执行器连接到端子块输出5至8。
   • 连接电源：将5 - V电源连接到VBAT端子块。
   • 检查跳线连接：确保板上的跳线连接正确，具体默认跳线设置如下表所示。
   • 开启电源：如果DRV2605LEVM - MD供电正确，按钮LED会亮起并闪烁，表明板已成功初始化。

JUMPER POSITION	DESCRIPTION
J1	Shorted，连接去耦电容到VDD引脚，用于功耗测量
J2	Shorted，TCA9548A设备I2C事务的3.3 - V参考电压
J3	Shorted，用户LED
J4	Don’t care，用户LED
J5	Shorted，DRV2605L设备的触发和PWM输入
J6	Shorted，用户开关
MSP	Short pins 2 to 3，VBAT电源到MSP430设备
DRV	Short pins 2 to 3，VBAT电源到DRV2605L设备

（二）演示程序

用户可通过电容式触摸按钮和用户开关与评估模块进行交互，输出各种波形序列到外部连接的执行器，并启用所有驱动器和I2C通道，以通过I2C头完全访问DRV2605L设备。

1. 按钮1（B1）：每个DRV2605L设备独立设置为RTP模式，全幅度为0x7F并按顺序播放。每次按下电容式触摸按钮，播放下一个驱动器。TCA9548A设备（I2C开关）配置为仅将相应的DRV2605L设备连接到主输入I2C总线。配置完成后，将默认寄存器设置、RTP模式和RTP幅度发送到DRV2605L设备，一段时间后，RTP模式关闭。
2. 按钮2（B2）：有5种模式，通过顺序按下按钮访问。
   • 模式1：允许用户通过启用所有DRV2605L设备并连接所有I2C线，完全访问板上的所有DRV2605L设备。外部主机处理器可连接到I2C头，无需使用板载MSP430F5510即可与DRV2605L设备通信。
   • 模式2和模式3：分别启用并连接驱动器1至4和驱动器5至8的I2C线。向四个DRV2605L设备发送相同的默认初始化设置，然后将驱动器设置为RTP模式，幅度为0x7F。波形播放2秒，然后将驱动器更改为内部触发模式（停止RTP模式）。
   • 模式4和模式5：分别启用并连接驱动器1至4和驱动器5至8的I2C线。向四个DRV2605L设备发送相同的默认初始化设置，每个DRV2605L设备按顺序单独启用并设置为RTP模式，幅度为0x7F，间隔500 ms。驱动器1或5输出RTP波形500 ms，然后后续驱动器重复相同条件。驱动器4或8完成波形输出后，所有驱动器退出RTP模式100 ms，然后以幅度0x7F进入RTP模式100 ms，产生短暂的脉冲动作。
3. 用户开关（USER SW）：板启动时，电容式触摸按钮自动启用，USB通信禁用。要进入USB通信以使用多驱动器图形用户界面（GUI），必须按下用户开关。LED1亮起表示固件可用于USB事务。按下用户开关且板处于USB通信模式时，电容式触摸按钮禁用。要返回电容触摸模式，需要进行电源循环或软件复位。
4. 固件修改：在板接受连接到DRV2605L设备的任何LRA和ERM执行器组合之前，需要修改固件，因为它必须知道哪些执行器连接到哪些触觉驱动器。可能需要额外的硬件（如拨码开关）来检测执行器的实时变化或启用驱动器。头文件haptics.h包含驱动器1至8和执行器1至8的定义，这些定义映射到触觉方法中使用的数组，可通过相关方法正确配置TCA9554A和TCA9548A设备，以启用DRV2605L设备并将驱动器的I2C线正确连接到主I2C总线。

三、测量与分析 - 波形序列

DRV2605L设备使用PWM调制为ERM和LRA执行器创建输出信号。要测量和观察DRV2605L输出波形，可将示波器或其他测量设备连接到滤波输出测试点OUT +和OUT -。文档中给出了多种波形的示例，如TripleClick和StrongClick、Pulsing Strong、Strong Buzz等波形，不同模式下（如开环模式、自动共振模式）的波形特点不同，自动共振模式可在较低的(V_{RMS})电压下使加速度曲线具有更高的峰值加速度。

四、相关器件介绍

（一）TCA9554 - I2C GPIO扩展器

TCA9554 GPIO扩展器用于启用DRV2605L设备。由于多驱动器板最多可控制8个触觉驱动器，TCA9554设备可通过I2C控制DRV2605L设备的使能线，释放MSP430F5510设备上的GPIO引脚空间用于其他外设。通过I2C命令完全配置TCA9554设备，将其配置为相应驱动器的输出端口，然后通过写入寄存器0x01设置输出值。文档中给出了启用一个DRV2605L设备和启用三个或更多DRV2605L设备的I2C事务示例。

（二）TCA9548A - I2C开关

DRV2605LEVM - MD专为多驱动器应用设计，TCA9548A I2C开关用于独立设置触觉驱动器并同时播放波形。通过设置TCA9548A设备的从地址，发送单字节初始化通道选择，可选择任意通道组合。文档中给出了启用一个DRV2605L设备和启用三个或更多DRV2605L设备的I2C事务示例，还可使用逻辑分析仪验证TCA9548A的操作。

五、电源供应选择

DRV2605LEVM - MD可由USB或外部电源（VBAT）供电。使用跳线DRV和MSP分别为DRV2605L和MSP430F5510设备选择USB或VBAT。由于USB协议每个端口允许500 mA电流，保守估计允许两个到三个执行器和驱动器使用USB电源（每个驱动器或执行器最坏情况下为150至200 mA）。如果需要更多执行器，应使用VBAT端子确保整个系统有足够的电源。

六、典型使用示例

（一）从ROM内存播放波形或波形序列

1. 配置TCA9554通道为输出端口，通过断言输出引脚（逻辑高）启用适当的DRV2605L设备。
2. 配置TCA9548A设备选择连接到所需DRV2605L I2C数据和时钟线的适当通道。
3. 按照DRV2605L数据手册的初始化程序初始化DRV2605L设备。
4. 在MODE寄存器（地址0x01）中选择所需的MODE[2:0]位值（0 - 内部触发，1 - 外部边缘触发，2 - 外部电平触发）。如果之前断言了STANDBY位，则此时应取消断言（逻辑低）。
5. 选择要播放的波形索引并写入地址0x04，也可将波形索引序列写入寄存器0x04至0x0B。
6. 如果使用内部触发模式，设置Go位（在寄存器0x0C）触发效果或效果序列；如果使用外部触发模式，向IN/TRIG引脚发送适当的触发脉冲。
7. 如果需要，可重复步骤5再次触发效果或序列。
8. 通过TCA9554设备取消断言EN引脚，将设备置于低功耗模式，设置STANDBY位。

（二）示例I2C事务

文档中给出了使用驱动器1在LRA闭环模式下播放Triple Click（100%）波形的I2C事务示例，详细展示了每个步骤的操作和寄存器设置。

七、MSP430编程

（一）引导加载器方法

使用引导加载（BSL）方法编程需要Mini USB电缆、MSP430 USB固件升级包（可在www.ti.com/tool/msp430usbdevpack找到）和Code Composer Studios（CCS）。具体步骤如下：

1. 在CCS中打开固件项目，进入属性窗口的构建菜单，选择Create flash image: TI - TXT。
2. 重建项目，文本图像文件可在调试文件夹中找到，名为AIP032.txt。
3. 按住DRV2605LEVM - MD上的BSL按钮，通过USB迷你电缆将EVM连接到计算机，将其作为USB设备启动。
4. 打开MSP430 USB Firmware Uploader，如果屏幕上未显示ready，则重新执行BSL上电序列。
5. 选择文件并打开用户固件，定位文本图像文件。
6. 对板进行电源循环以重启固件。

（二）Spy - By - Wire方法

使用Spy - By - Wire（SBW）方法编程需要Mini USB电缆、MSP - JTAG2SBW适配器、MSP - FET430UIF硬件调试接口和Code Composer Studios（CCS）。具体步骤如下：

1. 将MSP - JTAG2SBW适配器连接到板上的SBW连接器。
2. 将MSP - FET430UIF连接到MSP - JTAG2SBW适配器。
3. 在CCS中打开固件项目。
4. 验证通用构建属性设置。
5. 在项目资源管理器中右键单击项目标题文件夹，点击构建项目，确保无错误。
6. 如果无错误，在标题栏中选择RUN ￫DEBUG。
7. 固件上传到板后退出调试器。

（三）MSP430引脚功能

文档列出了MSP430F5510设备的引脚功能，黄色突出显示的行表示板使用的引脚，未突出显示的行表示未使用的引脚。所有未突出显示的GPIO引脚都引出到标准100 - mil间距的头，用于原型开发和评估。

八、布局与原理图

文档提供了评估模块的布局图（包括顶层、中间电源层、中间接地层和底层）和原理图（包括电容式触摸按钮、电源管理、I2C总线线路、I2C开关、触觉驱动器等部分），帮助工程师了解板的设计结构。

九、物料清单

详细列出了评估模块的物料清单，包括每个组件的设计名称、数量、值、部件编号、描述、封装和制造商等信息，方便工程师进行采购和设计参考。

十、标准条款和条件

文档包含了评估模块的标准条款和条件，包括交付、有限保修、监管通知、使用限制和警告、信息准确性、免责声明、用户赔偿义务、损害和责任限制、退货政策以及适用法律等内容，使用该评估模块时需仔细阅读并遵守这些条款。

德州仪器的DRV2605L多ERM、LRA触觉驱动套件为工程师提供了一个强大的平台，可用于开发各种触觉反馈应用。通过深入了解其功能、使用方法和相关器件，工程师能够更好地利用该套件实现创新的设计。在实际应用中，你是否遇到过类似套件在使用过程中的挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。