【Arduino实验17 L298N 电机驱动模块】

一、实验目的

二、实验设备与环境

三、实验重点

四、实验难点

五、实验内容

5.1实验任务

5.2实验原理

5.3实验内容

5.4实验结果

5.5思考题

一、实验目的

(1)熟悉L298N电机驱动模块原理与功能；

(2)掌握L298N驱动电机的程序控制方法；

(3)熟悉PS2双轴摇杆传感器模块的原理与功能；

(4)编写L298N电机驱动控制程序。

二、实验设备与环境

Arduino UNO套件、Arduino IDE、计算机、L298N驱动模块、直流电机、电位器、PS/3双轴摇杆传感器等

三、实验重点

(1)L298N电机驱动模块原理与功能；(2)PS2双轴摇杆传感器模块的原理；(3)L298N电机驱动程序控制

四、实验难点

(1)L298N电机驱动的程序控制

五、实验内容

5.1实验任务

任务描述：PS2双轴摇杆测试；L298N直流电机驱动电路连接；L298N直流电机驱动程序编写与调试

5.2实验原理

1.PS/3双轴摇杆传感器

JoyStick摇杆采用原装优质金属PS2摇杆电位器制作，具有(X,Y)2轴analog输出，(Z)1路按钮digital输出，3路信号分别通过杜邦线线接到Arduino传感器扩展板，只需占用2个模拟输入端口、1个数字输入端口，就可以实现控制。

摇杆的技术规格：

电源要求：+3.3-5V

模拟输出：X、Y2轴模拟输出

数字输出：Z,数字按键输出

PS/3摇杆工作原理

摇杆实际上是由两个电位器连接到Arduino的模拟输入，它们的值从0到1023。操纵杆保持在垂直状态的中心位置时，电位器X/Y轴的值在512左右。如果以512左右的值为中心，摇动操纵杆X轴，数值低于512时可使电机向一个方向旋转，当数值高于512时可控制电机旋转方向反向；将X轴的读取值0-511映射换为255-0，X轴的读取值512-1023映射为0-255，通过转换为PWM值控制电机的速度。

PS/3摇杆Z轴等效于按键开关，当垂直按下摇杆时，开关闭合，松开时开关断开。

2.H-Bridge桥控制直流电机的正反转原理

直流电机的旋转方向要进行逆转，需要改变流过直流电流的方向，由晶体管（BJT或MOSFET）组成的四个开关元件构成类似H的结构，通过同时激活两个特定的开关，改变流过电机电流的方向，驱动电机改变旋转方向而不需要切换引线。

通过4个晶体管的H桥连接，改变A、B控制端高低电平的方向，实现驱动电流方向改变，并改变电机的转动方向，如图所示：

3.L298N电机驱动模块

L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载。

L298NH桥式双电机驱动模块 L298NH桥式双电机驱动电路

L298N双H桥驱动模块技术指标：

驱动芯片：双H桥直流电机驱动芯片

L298N驱动端供电范围VS：+5V~ +35V

驱动板供电范围VS：+7V~ +35V

逻辑部分供电范围VSS：+5V ~ +7V（板内取电+5V）

逻辑部分峰值电流范围：0 ~ 36mA

最大功耗：20W

存储温度：-25°C ~ +130°C

L298N驱动模块的使用方法

L298N驱动模块采用标准逻辑电平信号IN1\IN2\IN3\IN4控制；具有两个使能控制端ENA\ENB，在不受输入信号影响的情况下，可（高电平）允许或（低电平）禁止驱动器件工作；有5V逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分工作在低电压下。L298N芯片片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。

L298N驱动模块的供电电源。在独立供电电源接12V供电输入端输入7-12V电源电压时，短接跳线冒处于短接状态，可以通过5V接口接入Arduino开发板的“Vin+GND”端口反向Arduino供5V电。当独立供电电源是12-24V时候，必须拔下短接跳线帽，此时独立供电电源对驱动板逻辑电路电机供电，不对外供电输出。

L298N驱动模块控制直流电机

L298N驱动模块可以驱动两台直流电机MA和MB。

直流电机速度的调节与控制。①直流电机可通过IN1/IN2、IN3/IN4接口输入PWM信号对电机转速进行控制；②也可以通过使能端ENA和ENB输入PWM脉宽调制信号对直流电机转速进行调节控制（ENA、ENA短接跳线帽，为5V，电机工作于最高速状态）。

直流电机的正反转控制。信号输入端IN1=HIGH、N2=LOW或者IN1(PWM)>IN2(PWM)，电机MA正转；信号输入端N1=LOW、IN2=HIGH或者IN1(PWM)>IN2(PWM)，电机MA反转。直流电机MB同理。

4.PS2摇杆控制L298N驱动电机实验电路

电路图

电路原理图

5.3实验内容

1.PS2双轴摇杆传感器参数测试

步骤1：连接电路

步骤2：编写程序

int xPin = A0;
int yPin = A1;
int zPin = 2;
int xValue,yValue,zValue;
void setup() { pinMode(zPin,INPUT);Serial.begin(9600);
}
void loop() {xValue = analogRead(xPin);yValue = analogRead(yPin);zValue = digitalRead(zPin);Serial.print("X =:");Serial.print(xValue);Serial.print(" Y =:");Serial.print(yValue);Serial.print(" Z =:");Serial.println(zValue);delay(100);
}

步骤3：程序测试

2.L298N驱动模块测试

测试任务：单直流电机的启正传、停止、反转；电位器控制电机调速

先只单接直流电机A驱动电路，IN1、IN2输入接D5、D6接口，电位器滑动头引脚接A0接口。

步骤1：按要求连接电路

步骤2：编写控制程序

程序示例1：电机的正转、停止、反转

int IN1=5;
int IN2=6;
void setup() {pinMode(IN1,OUTPUT);pinMode(IN2,OUTPUT);digitalWrire(IN1,LOW);digitalWrite(IN2,LOW);
}
viod loop() {// 正转 1 秒digitalWrire(IN1,HIGH);digitalWrite(IN2,LOW);delay(1000);// 停止 1 秒 digitalWrire(IN1,LOW);digitalWrite(IN2,LOW);delay(1000);// 反转 1 秒，转动方向反转前一定要先停止转动作为过渡，以保护电路digitalWrire(IN1, LOW);digitalWrite(IN2, HIGH);delay(1000);// 停止 1 秒digitalWrire(IN1,LOW);digitalWrite(IN2,LOW);
}

程序示例2：电位器输入PWM信号调速

int IN1=5;
int IN2=6;
int dwqPin=A0;
int dwqValue;
int speedValue = 0;
void setup() {Serial.begin(9600);pinMode(IN1,OUTPUT);pinMode(IN2,OUTPUT);pinMode(dwqPin,INPUT);analogWrite(IN1,0);analogWrite(IN2,0);
}
void loop(){dwqValue = analogRead(dwqPin)Serial.print("dwqValue =:");Serial.print(analogRead(dwqValue));Serial.print(" speedValue =:");Serial.println(speedValue);if (dwqValue > 512){ // 电机正转，调速analogWrite(IN2,0);speedValue = dwqValue - 512;speedValue = map(speedValue,0,512,0,255);analogWrite(IN1,speedValue);delay(10);}else { // 电机反转，调速analogWrite(IN1,0);speedValue = map(dwqValue,0,512,0,255);analogWrite(IN2,speedValue);delay(10)}
}

3.实验扩展：PS2摇杆控制双直流电机转动

实验任务：通过PS2摇杆X轴控制电机A的转速，Y轴控制电机B的转速，Z轴按键控制电机的启动、停止。

L298N驱动模块接双直流电机，其中IN1=5,IN2=6,IN3=10,IN4=11；

PS2摇杆的SX=A0,SY=A1,ZK=2。

5.4实验结果

结论：单直流电机的启动正转、停止、反转。正转1秒，然后停止，再反转 1 秒。通过摇杆控制小车的运动和停止。

反思：通过本次实验，我学到了很多的知识，熟悉了 L298N 电机驱动模块原理与功能和掌握了 L298N 驱动电机的程序控制方法，熟悉了 PS2 双轴摇杆传感器模块的原理与功能，能够编写 L298N 电机驱动控制程序。

作品：

5.5思考题

1.通过PS2摇杆控制电机转动实验，你能用PS2摇杆实现电机的启动、停止、正转、反转、调速吗？怎样实现？请画出程序控制流程图。