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直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理及單片機(jī)+L298控制程序

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樓主
ID:105323 發(fā)表于 2016-2-13 02:17 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
   直流電機(jī)用單片機(jī)控制時(shí)需要加驅(qū)動(dòng)電路，目的是提供足夠大的電流。一般來說，直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)主要達(dá)林頓管和專用驅(qū)動(dòng)芯片，當(dāng)然最好是用MOS管自行搭建驅(qū)動(dòng)電路（考慮到電機(jī)效率和經(jīng)濟(jì)的問題）。達(dá)林頓管方便，但是無法控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，而驅(qū)動(dòng)芯片則顯得比較方便。
   所謂 H橋驅(qū)動(dòng)電路是為了直流電機(jī)而設(shè)計(jì)的一種常見電路，它主要實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正反向驅(qū)動(dòng)，其典型電路形式如下：


   從圖中可以看出，其形狀類似于字母“H”，而作為負(fù)載的直流電機(jī)是像“橋”一樣架在上面的，所以稱之為“H橋驅(qū)動(dòng)”。4個(gè)開關(guān)所在位置就稱為“橋臂”。從電路中不難看出，假設(shè)開關(guān)A、D接通，電機(jī)為正向轉(zhuǎn)動(dòng)，則開關(guān)B、C接通時(shí)，直流電機(jī)將反向轉(zhuǎn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的正反向驅(qū)動(dòng)。
    借助這 4個(gè)開關(guān)還可以產(chǎn)生另外 2 個(gè)電機(jī)的工作狀態(tài)：
    A） 剎車 —— 將B、D開關(guān)（或A、C）接通，則電機(jī)慣性轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電勢(shì)將被短路，形成阻礙運(yùn)動(dòng)的反電勢(shì)，形成“剎車”作用。
    B） 惰行 ——4個(gè)開關(guān)全部斷開，則電機(jī)慣性所產(chǎn)生的電勢(shì)將無法形成電路，從而也就不會(huì)產(chǎn)生阻礙運(yùn)動(dòng)的反電勢(shì)，電機(jī)將慣性轉(zhuǎn)動(dòng)較長(zhǎng)時(shí)間。
   以上只是從原理上描述了H橋驅(qū)動(dòng)，而實(shí)際應(yīng)用中很少用開關(guān)構(gòu)成橋臂，通常使用晶體管，因?yàn)榭刂聘鼮榉奖悖俣葔勖奸L(zhǎng)于有接點(diǎn)的開關(guān)（繼電器）。
   細(xì)分下來，晶體管有雙極性和MOS管之分，而集成電路只是將它們集成而已，其實(shí)質(zhì)還是這兩種晶體管，只是為了設(shè)計(jì)、使用方便、可靠而做成了一塊電路。
雙極性晶體管構(gòu)成的H橋：
MOS管構(gòu)成的H橋：
幾種典型H橋驅(qū)動(dòng)電路分析：
   分析之前，首先要確定 H 橋要關(guān)注那些性能：
    A）效率 ——所謂驅(qū)動(dòng)效率高，就是要將輸入的能量盡量多的輸出給負(fù)載，而驅(qū)動(dòng)電路本身最好不消耗或少消耗能量，具體到H橋上，也就是4個(gè)橋臂在導(dǎo)通時(shí)最好沒有壓降，越小越好。
     B）安全性—— 不能同側(cè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通；
     C）電壓—— 能夠承受的驅(qū)動(dòng)電壓；
     D）電流—— 能夠通過的驅(qū)動(dòng)電流。
     大致如此，仔細(xì)考量，指標(biāo)B）似乎不是H橋本身的問題，而是控制部分要考慮的。
     而后兩個(gè)指標(biāo)通過選擇合適參數(shù)的器件就可以達(dá)到，只要不是那些特別大的負(fù)載需求，每種器件通常都能選擇到。而且，小車應(yīng)用中所能遇到的電流、電壓更是有限。只有指標(biāo)A）是由不同器件的性能所決定的，而且是運(yùn)行中最應(yīng)該關(guān)注的指標(biāo)，因?yàn)樗苯佑绊懥穗姍C(jī)驅(qū)動(dòng)的效率。所以，經(jīng)分析的重點(diǎn)放在效率上，也就是橋臂的壓降上。
     為了使分析簡(jiǎn)單，便于比較，將H 橋的驅(qū)動(dòng)電流定位在2A水平上，而電壓在5 - 12V之間。
     選擇三個(gè)我所涉及到的器件：
     A）雙極性晶體管—— D772、D882
     B）MOS管—— 2301、2302
     C）集成電路H橋—— L298
  D772的壓降指標(biāo)如下：

  D882的壓降指標(biāo)如下：
  2301的壓降指標(biāo)如下：


    因?yàn)镸OS管是以導(dǎo)通電阻來衡量的，需要換算一下，小車的控制電壓是4.5V，按上面的導(dǎo)通電阻計(jì)算，2A的壓降應(yīng)該是：2*0.093=0.186V，最大是：2*0.13=0.26V。
2302的壓降指標(biāo)如下：


  同上換算一下，小車的控制電壓是4.5V（電池電壓），按上面的導(dǎo)通電阻計(jì)算，2A的壓降應(yīng)該是： 2* 0.045 =0.09V，最大是：2 * 0.06 = 0.12V。
  L298的壓降指標(biāo)如下：


    表中第一行為上橋臂的壓降，對(duì)應(yīng)D772、2301，第二行為下橋臂的壓降，對(duì)應(yīng)D882、2302，第三行為兩者之和。對(duì)比一下不難看出，如果均以2A電流驅(qū)動(dòng)計(jì)算，三種驅(qū)動(dòng)自身所消耗的功率如下：
    D772、D882： （0.5+0.5）* 2 = 2 W
    2301、2302：  （0.26+0.12)* 2 = 0.76 W
    L298：         4.9* 2 = 9.8 W
   如果以驅(qū)動(dòng)一個(gè) 4.5V 、2A的直流電機(jī)為例：
    電機(jī)得到的功率是：4.5*2 = 9W；
    用D772、D882 則需要供電5.5V，效率為：9/（5.5*2）= 81% ；
    用2301、2302 則需要供電4.88V，效率為：9 /（4.88*2）= 92%
    用L298 則需要供電 9.4V ，效率為：9/（9.4*2）= 48 %
    從這組數(shù)據(jù)還可以看出三者的散熱需求及其外形差異的原因。
    同時(shí)解釋了圓夢(mèng)小車開始使用D772、D882 驅(qū)動(dòng)時(shí)為何選用 3V的130電機(jī),因?yàn)樾≤囀?節(jié)充電電池供電，只有4.8~5V，H橋壓降1V，所以只能使用3V的電機(jī)。而改用MOS管驅(qū)動(dòng)后，就選用了4.5V的N20電機(jī)，因?yàn)镸OS管只帶來了0.4V不到的壓降。而分析L298的壓降你就會(huì)知道，如果你的電機(jī)需要2A左右的啟動(dòng)電流，那使用5V是根本無法工作的。實(shí)際上使用 L298不只是驅(qū)動(dòng)壓降限制了電機(jī)的供電電壓，它的控制電平要求也使得你幾乎無法使用低于 6V 的工作電壓，看如下信息：


    表中Vs為電機(jī)驅(qū)動(dòng)的供電電壓（L298分2路供電，一路是電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，就是H橋上的，一路是供給邏輯電路的，ViH是指邏輯控制輸入高電平。
    此參數(shù)的含義是，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓必須大于邏輯控制電平2.5V，如果你的邏輯部分使用5V供電，那電機(jī)的供電電壓至少7.5V，否則將無法保證正常工作。除非你將邏輯控制電平降低。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298介紹：
  L298是SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電機(jī)。1腳和15腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號(hào)。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電機(jī)，2（OUT1)、3(OUT2)和13(OUT3)、14(OUT4)之間分別接2個(gè)電動(dòng)機(jī)。5(IN1)、7(IN2)；10(IN3)、12(IN4)接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，7（ENA），8（ENB）接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。9(Vss)接邏輯電平（即VCC)，4(Vs)接給電機(jī)供電的電源。根據(jù)芯片說明的要求，Vs>Vss+2.5。

                       
典型應(yīng)用：




89C52和L298控制直流電機(jī)   本例采用了兩種方法來輸出PWM波形，分別是軟件延時(shí)法和定時(shí)器0，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片是L298，它的中文資料見IC學(xué)習(xí)筆記。

程序代碼：
  1. #include<reg52.h>
  2. #define uchar unsigned char
  3. #define uint unsigned int
  4. sbit IN1=P2^0;
  5. sbit IN2=P2^1;
  6. sbit key1=P2^3;//電源
  7. sbit key2=P2^4;//急停
  8. sbit key3=P2^5;//正高
  9. sbit key4=P2^6;//正低
  10. sbit key5=P2^7;//反高
  11. sbit key6=P3^4;//反低
  12. sbit power=P3^6;//電源控制
  13. uchar choice=0;
  14. uchar an1=0;
  15. uchar count=0;

  17. void delay1ms(uint z)
  18. {
  19. uint x;
  20. uint y;
  21. for(x=z;x>0;x--)
  22.   for(y=122;y>0;y--);
  23. }

  25. void PWMZ()
  26. {
  27. IN1=1;
  28. delay1ms(1);
  29. IN1=0;
  30. delay1ms(2);
  31. }

  33. void PWMF()
  34. {
  35. TR0=1;
  36. while(!TF0);
  37. }

  39. void keyscan()
  40. {
  41. if(key1==0)
  42. {
  43.   delay1ms(10);
  44.   if(key1==0)
  45.   {
  46.    while(!key1);
  47.    an1++;
  48.    if(an1==2) an1=0;
  49.    choice=1;
  50.   }
  51. }
  52. if(key2==0)
  53. {
  54.   delay1ms(10);
  55.   if(key2==0)
  56.   {
  57.    while(!key2);
  58.    choice=2;
  59.   }
  60. }
  61. if(key3==0)
  62. {
  63.   delay1ms(10);
  64.   if(key3==0)
  65.   {
  66.    while(!key3);
  67.    choice=3;
  68.   }
  69. }
  70. if(key4==0)
  71. {
  72.   delay1ms(10);
  73.   if(key4==0)
  74.   {
  75.    while(!key4);
  76.    choice=4;
  77.   }
  78. }
  79. if(key5==0)
  80. {
  81.   delay1ms(10);
  82.   if(key5==0)
  83.   {
  84.    while(!key5);
  85.    choice=5;
  86.   }
  87. }
  88. if(key6==0)
  89. {
  90.   delay1ms(10);
  91.   if(key6==0)
  92.   {
  93.    while(!key6);
  94.    choice=6;
  95.   }
  96. }
  97. switch(choice)
  98. {
  99.   case 1:if(an1) power=1;else power=0;break;
  100.   case 2:IN1=0;IN2=0;break;
  101.   case 3:IN2=0;IN1=1;break;
  102.   case 4:TR0=0;IN2=0;PWMZ();break;
  103.   case 5:IN1=0;IN2=1;break;
  104.   case 6:IN1=0;PWMF();break;
  105. }
  106. }

  108. void main()
  109. {
  110. power=0;
  111. TMOD=0x01;
  112. TH0=0xff;
  113. TL0=0xff;
  114. ET0=1;
  115. EA=1;
  116. while(1)
  117. {
  118.   keyscan();
  119. }  
  120. }

  122. void time0() interrupt 1
  123. {
  124. TR0=0;
  125. IN2=~IN2;
  126. if(IN2)//高電平脈寬
  127. {
  128.   TH0=0xfc;
  129.   TL0=0x18;
  130. }
  131. else//低電平脈寬
  132. {
  133.   TH0=0xf4;
  134.   TL0=0x48;
  135. }
  136. }
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沙發(fā)
ID:274729 發(fā)表于 2018-2-11 19:23 | 只看該作者
謝謝分享
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板凳
ID:791204 發(fā)表于 2020-6-27 19:26 | 只看該作者
能給出電路圖嗎
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