單片機(jī)串口控制3-L298N直流電機(jī)方向速度 Proteus仿真代碼

ID:808939 · 發(fā)表于 2021-7-18 20:38

此次實(shí)驗(yàn)將通過窗口輸入來控制直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)并將輸入的數(shù)值在數(shù)碼管上顯示出來。本次實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)目的便是了解L298芯片的工作原理和通過PWM控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的工作機(jī)理。

一、L298N簡(jiǎn)單介紹

L298N是專用驅(qū)動(dòng)集成電路，屬于H橋集成電路，與L293D的差別是其輸出電流增大，功率增強(qiáng)。其輸出電流為2A，最高電流4A，最高工作電壓50V，可以驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載，如大功率直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，電磁閥等，特別是其輸入端可以與單片機(jī)直接相聯(lián)，從而很方便地受單片機(jī)控制。當(dāng)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)時(shí)，可以直接控制步進(jìn)電機(jī)，并可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。

　L298N芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。

　　L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)VSS，VSS可接4．5～7V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為＋2．5～46V。輸出電流可達(dá)2A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。下圖是L298N內(nèi)部原理圖。

　　二、L298N中文資料匯總—L298N引腳圖及功能

　　LN298引腳圖

　　

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2021-7-18 21:00 上傳

　　L298N邏輯功能表

　　In3，In4的邏輯圖與表1相同。由表1可知EnA為低電平時(shí)，輸入電平對(duì)電機(jī)控制起作用，當(dāng)EnA為高電平，輸入電平為一高一低，電機(jī)正或反轉(zhuǎn)。同為低電平電機(jī)停止，同為高電平電機(jī)剎停。

三、L298N中文資料匯總—L298N工作原理

　　L298N控制器原理如下：

　　圖3是控制器原理圖，由3個(gè)虛線框圖組成。

　�。�1）虛線框圖1控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，U1A，U2A是比較器，VI來自爐體壓強(qiáng)傳感器的電壓。當(dāng)VI＞VRBF1時(shí)，U1A輸出高電平，U2A輸出高電平經(jīng)反相器變?yōu)榈碗娖�，電機(jī)正轉(zhuǎn)。同理VI＜VRBF1時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。電機(jī)正反轉(zhuǎn)可控制抽氣機(jī)抽出氣體的流量，從而改變爐體壓強(qiáng)。

　�。�2）虛線框圖2中，U3A，U4A兩個(gè)比較器組成雙限比較器，當(dāng)VB＜VI＜VA時(shí)輸出低電平，當(dāng)VI＞VA，VI＜VB時(shí)輸出高電平。VA，VB是由爐體壓強(qiáng)轉(zhuǎn)感器轉(zhuǎn)換電壓的上下限，即反應(yīng)爐體壓強(qiáng)控制范圍。根據(jù)工藝要求，我們可自行規(guī)定VA，VB的值，只要爐體壓強(qiáng)在VA，VB所確定范圍之間電機(jī)停轉(zhuǎn)（注意VB＜VRBF1＜VA，如果不在這個(gè)范圍內(nèi)，系統(tǒng)不穩(wěn)定）。

　�。�3）虛線框圖3是一個(gè)長(zhǎng)延時(shí)電路。U5A是一個(gè)比較器，Rs1是采樣電阻，VRBF2是電機(jī)過流電壓。Rs1上電壓大于VREF2，電機(jī)過流，U5A輸出低電平。由上面可知，框圖1控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，框圖2控制爐體壓強(qiáng)的紋波大小。當(dāng)爐體壓強(qiáng)太小或太大時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到兩端固定位置停止，根據(jù)直流電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方：

　　U＝CeФN＋RaIa

　　其中：Ф為電機(jī)每極磁通量；

　　Ce為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；

　　N為電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)；

　　Ia為電樞電流；

　　Ra電樞回路電阻。

　　電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)N為0，電機(jī)的電流急劇增加，時(shí)間過長(zhǎng)將會(huì)使電機(jī)燒壞。但電機(jī)起動(dòng)時(shí)，電機(jī)中線圈中的電流也急劇變大，因此我們必須把這兩種狀態(tài)分開。長(zhǎng)延時(shí)電路可把這兩種狀態(tài)區(qū)分出來。長(zhǎng)延時(shí)電路工作原理：當(dāng)Rs1過流U5A產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖經(jīng)過微分后，脈沖觸發(fā)555的2腳，電路置位，3腳輸出高電平，由于放電端7腳開路，C1，R5及U6A組成積分器開始積分，電容C1上的充電電壓線性上升，延時(shí)運(yùn)放積分常數(shù)為100R5C1。當(dāng)C1上充電電壓，即6腳電壓超過2／3VCC，555電路復(fù)位，輸出低電平。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間一般小于0．8s，C1充電時(shí)間一般為0．8～1s。U5A輸出電平與555的3腳輸出電平經(jīng)U7相或，如果U5A輸出低電平大于C1充電時(shí)間，U7在C1充電后輸出低電平由與門U8輸入到L298N的6腳ENA端使電機(jī)停止。如果U5A的輸出電平小于C1充電時(shí)間，6腳不動(dòng)作電機(jī)的正常啟動(dòng)。長(zhǎng)延時(shí)電路吸收電機(jī)啟動(dòng)過流電壓波形，從而使電機(jī)正常啟動(dòng)。

　　四、L298N中文資料匯總—L298N特性參數(shù)

類型：半橋

　　輸入類型：非反相

　　輸出數(shù)：4

　　電流-輸出/通道：2A

　　電流-峰值輸出：3A

　　電源電壓：4.5V~46V

　　工作溫度：-25°C~130°C

　　安裝類型：通孔

　　封裝/外殼：MulTIwatt-15（垂直，彎曲和錯(cuò)列引線）

　　供應(yīng)商設(shè)備封裝：15-MulTIwatt

　　包裝：管件

　　器件型號(hào)L298N

　　制造商STMicroelectronics

　　產(chǎn)品型號(hào)MotionMotorControl

　　五、L298N中文資料匯總—L298N典型驅(qū)動(dòng)電路

　　L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊性能特點(diǎn)：

　　1：可實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速。

　　2：?jiǎn)?dòng)性能好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。

　　3：工作電壓可達(dá)到36V，4A。

　　4：可同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。

　　5：適合應(yīng)用于機(jī)器人設(shè)計(jì)及智能小車的設(shè)計(jì)。

　　情況一：用L298N驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流減速電機(jī)的電路。引腳A，B可用于PWM控制。如果機(jī)器人項(xiàng)目只要求直行前進(jìn)，則可將IN1，IN2和IN3，IN4兩對(duì)引腳分別接高電平和低電平，僅用單片機(jī)的兩個(gè)端口給出PWM信號(hào)控制使能端A，B即可實(shí)現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)彎、加減速等動(dòng)作。

　　情況二：用L298實(shí)現(xiàn)二相步進(jìn)電機(jī)控制。將IN1，IN2和IN3，IN4兩對(duì)引腳分別接入單片機(jī)的某個(gè)端口，輸出連續(xù)的脈沖信號(hào)。信號(hào)頻率決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變繞組脈沖信號(hào)的順序即可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。

　　模塊說明：

　　IN1-IN4邏輯輸入：其中IN1、IN2控制電機(jī)M1；IN3、IN4控制電機(jī)M2。例如IN1輸入高電平1，IN2輸入低電平0，對(duì)應(yīng)電機(jī)M1正轉(zhuǎn)；IN1輸入低電平0，IN2輸入高電平1，對(duì)應(yīng)電機(jī)M1反轉(zhuǎn)，調(diào)速就是改變高電平的占空比。（如何改變占空比請(qǐng)學(xué)會(huì)百度）

　　白色芯片：為TLP521-4光隔，作用是光電隔離，保護(hù)因電機(jī)啟動(dòng)停止瞬間產(chǎn)生的尖峰脈沖對(duì)主控制器的影響。

　　RN1、RN2：上下拉電阻，不用多說；其中470為470歐電阻，5.6K為5600歐電阻。

　　PWMA、PWMB：L298N使能端（高電平有效，常態(tài)下用跳線帽接于VCC），可通過這兩個(gè)端口實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)速（使用PWM調(diào)速時(shí)取下跳線帽），具體參考L298N芯片手冊(cè)。

　　VIN：電機(jī)供電電源接口，如果電機(jī)采用9V供電，那么電源正極接VIN，負(fù)極接GND即可。

　　VCC：L298N芯片供電5V，此模塊需要外接（最好取邏輯部分的電壓供電）

　　D1-D8：續(xù)流二極管-IN4007

　　M1：電機(jī)1接口，沒有正負(fù)之分，如果發(fā)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)向不對(duì)將電機(jī)兩線調(diào)換即可。

　　M2：同M1。

　　L298N供電的5V如果是用另外電源供電的話，（即不是和單片機(jī)的電源共用），那么需要將單片機(jī)的GND和模塊上的GND連接在一起，只有這樣單片機(jī)上過來的邏輯信號(hào)才有個(gè)參考0點(diǎn)。此點(diǎn)非常重要，請(qǐng)大家注意。

單片機(jī)源程序如下:

#include <reg51.h>
#define u8 unsigned char
#include "uart.h"
sbit M1=P3^6;
sbit M2=P3^7;
bit fang=0;//0順 1逆
bit sudu=0;//0慢 1快
//串口接收，0順 1逆 2慢 3快
u8 i=0;
void delay(long k){while(k--);}
void main (void)
{
u8 key=0;//按鍵狀態(tài)
UART1_init();
UART1_Sends("Phuck u everyday");
UART1_Send(0x0d);UART1_Send(0x0a);//回車、換行
while(1)
{
if(key!=P1)//如果按下了按鍵
{
key=P1;//獲取最新的按鍵狀態(tài)
SBUF=key;//發(fā)送
}
if(fang==0)
{
if(sudu==0) {M1=0;M2=1;delay(1000);
M1=0;M2=0;delay(500);}
if(sudu==1) {M1=0;M2=1;delay(10000);}//補(bǔ)充順時(shí)針代碼，含速度
}
else
{
if(sudu==0) {M1=1;M2=0;delay(1000);
M1=0;M2=0;delay(500);}
if(sudu==1) {M1=1;M2=0;delay(10000);}//補(bǔ)充逆時(shí)針代碼，含速度
}
}
}
void UART_INT(void) interrupt 4
{
if(RI)//串口輸入引起的中斷
{
P2=SBUF;//獲取用戶命令SBUF，并顯示ASCII
i=SBUF & 0x0F;
switch(i)
{
case 0:fang=0;break;
case 1:fang=1;break;
case 2:sudu=0;break;
case 3:sudu=1;break;}
//請(qǐng)補(bǔ)充代碼，根據(jù)命令修改fang、sudu
RI=0;//清空中斷
}
else TI=0;//串口輸出引起的中斷
}

復(fù)制代碼

仿真原理圖如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下載）

仿真代碼51hei提供下載:

串口控制3-直流電機(jī)方向速度.rar (79.52 KB, 下載次數(shù): 28)

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