L298N（H橋+邏輯門電路）

時間：2021-01-21 01:21:45

關鍵字：機器人編程硬件電機驅動模塊 H橋

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[導讀]機器人編程是對硬件編程，現(xiàn)在少兒階段的“機器人等級考試”也要求具備必要的硬件電路知識。本篇 Sugar 就來說一說麥輪車上用的電機驅動模塊相關的電路知識。

背景介紹：
機器人編程是對硬件編程，現(xiàn)在少兒階段的“機器人等級考試”也要求具備必要的硬件電路知識。
本篇 Sugar 就來說一說麥輪車上用的電機驅動模塊相關的電路知識。結合 Sugar 發(fā)過的：
1、《手打 L298N 馬達驅動程序》
2、《淺談面向對象思想下的 C 語言》
加上本篇算是完整的一套“軟硬件無縫接合”的系列推文了。

“H 橋”是什么橋

H 橋是驅動直流馬達的電路。

百度百科這樣說：
維基百科這樣說：
Sugar 兩張原創(chuàng)圖兩眼看懂 H 橋主體工作原理：

約定：
1、線路上的箭頭表示電流方向；
2、馬達上的箭頭表示轉動方向；
3、黑色表示三極管不通，紅、藍色表示三極管導通。

“邏輯門”是什么門

上面的三極管當作“開關管”使用，為突出主體沒有畫出開關管的控制部分。在了解這個控制部分之前，先看下維基百科上的基礎知識。

常見的“邏輯”就是：與、或、非。本篇只涉及到“與”和“非”。一、與門

“與門”就是個犟孩子，必須輸入兩個高電平才能輸出高電平，其余都輸出低電平。給“與門”畫個像就是：
二、非門

“非門”就是個不聽話的孩子，你說東他偏往西。給高電平輸入，它給個低電平輸出；給低電平輸入，它給個高電平輸出。表現(xiàn)就是：決對不聽話！給非門畫個像就是：

一個犟、一個不聽話，放到橋上就是棟梁

三極管當開關管使用時可以實現(xiàn)：用弱電控制強電。打個比方說什么是“弱電控制強電”：三級管的三個引腳就像是一家三口，孩子最弱小，孩子哭鬧全家睡不著、孩子睡好全家睡好。完整的 L298N 的 H 橋是這樣的：

在 L298N 的 datasheet 中用一個圈表示“非門”，Sugar 與 datasheet 保持一致。

上圖中 Sugar 的兩個約定：
1、“綠色”的與門是導通的，“黑色”的與門不導通；
2、虛線表示弱電，可以是 3.3V或 5V；實線表示強電，在 Sugar 的麥輪車上是 12V。一種調速方式是在 EnA 上加調速脈沖，用 In1、 In2 控制轉向，如下：

在“與門”和“非門”的控制下，如果 EnA 是低電平，那么無論 In1、 In2 是什么狀態(tài)馬達都不會轉動，如下：

兩個引腳控制轉向和轉速

上面用 In1 和 In2 控制轉向，用 EnA 控制轉速，占用了 3 個控制引腳。對于引腳少的單片機，可以省掉一個引腳同樣達到控制轉向和轉速的目的。

一個有趣的現(xiàn)象是：在 EnA 是高電平的情況下，如果 In1 和 In2 同時為低電平或同時為高電平，馬達也不會轉動，如下：
基于這一點，我們可以通過把 EnA 接固定的高電平，用 In1 做方向控制、用 In2 做速度控制。下面先做表、再做圖來解釋這個用法。 In1 轉向 In2 轉速


高	負	低電平有效
低	正	高電平有效

這個方法雖然能省一個引腳，但有一點要注意：調速脈沖的極性在正、反轉時是不同的。下面通過用 Scratch 的實驗來明確表達一下什么叫“調速脈沖極性相反”。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，+95 時是高電平有效，而 -95 時低電平有效，這就叫“調速脈沖極性相反”。與上面表格和動圖的表述一致。

PS

本篇的起因是 Sugar 要給四年級的學員講 L298N 的工作原理，對于大孩子來說可以直接去看 datasheet 上的原理圖，如下：

對于四年級的學員，上來就講這個圖肯定會講蒙的。所以 Sugar 用了“拆分”法，把整體知識拆成好理解的點，再用動圖重新組合來講。本篇把與門和非門分別比作“犟孩子”和“決對不聽話”的叛逆孩子，當把與門和非門與 H 橋結合時發(fā)現(xiàn)：壞垓子發(fā)揮了巨大的作用。合理的引導是授漁的藝術，合理用人是管理的藝術，藝術人生是美好的人生。