L298N（H橋+邏輯門電路）
時(shí)間：2021-01-21 01:21:45
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機(jī)器人編程
硬件
電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊
H橋
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[導(dǎo)讀]機(jī)器人編程是對(duì)硬件編程，現(xiàn)在少兒階段的“機(jī)器人等級(jí)考試”也要求具備必要的硬件電路知識(shí)。本篇 Sugar 就來說一說麥輪車上用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相關(guān)的電路知識(shí)。
背景介紹：
機(jī)器人編程是對(duì)硬件編程，現(xiàn)在少兒階段的“機(jī)器人等級(jí)考試”也要求具備必要的硬件電路知識(shí)。
本篇 Sugar 就來說一說麥輪車上用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相關(guān)的電路知識(shí)。結(jié)合 Sugar 發(fā)過的：
1、 《手打 L298N 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)程序》
2、 《淺談面向?qū)ο笏枷胂碌?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(qū)動(dòng)直流馬達(dá)的電路。百度百科這樣說：
維基百科這樣說：
Sugar 兩張?jiān)瓌?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(dá)上的箭頭表示轉(zhuǎn)動(dòng)方向；
3、黑色表示三極管不通，紅、藍(lán)色表示三極管導(dǎo)通。
“邏輯門”是什么門
上面的三極管當(dāng)作“開關(guān)管”使用，為突出主體沒有畫出開關(guān)管的控制部分。在了解這個(gè)控制部分之前，先看下維基百科上的基礎(chǔ)知識(shí)。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(gè)犟孩子，必須輸入 兩個(gè)高電平才能輸出高電平，其余都輸出低電平。給“與門”畫個(gè)像就是：
二、非門
“非門”就是個(gè)不聽話的孩子，你說東他偏往西。給高電平輸入，它給個(gè)低電平輸出；給低電平輸入，它給個(gè)高電平輸出。表現(xiàn)就是：決對(duì)不聽話！給非門畫個(gè)像就是：
一個(gè)犟、一個(gè)不聽話，放到橋上就是棟梁
三極管當(dāng)開關(guān)管使用時(shí)可以實(shí)現(xiàn)：用弱電控制強(qiáng)電。 打個(gè)比方說什么是“弱電控制強(qiáng)電”：三級(jí)管的三個(gè)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(gè)圈表示“非門”，Sugar 與 datasheet 保持一致。上圖中 Sugar 的兩個(gè)約定：
1、“綠色”的與門是導(dǎo)通的，“黑色”的與門不導(dǎo)通；
2、虛線表示弱電，可以是 3.3V或 5V；實(shí)線表示強(qiáng)電，在 Sugar 的麥輪車上是 12V。 一種調(diào)速方式是在 EnA 上加調(diào)速脈沖，用 In1、 In2 控制轉(zhuǎn)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(dá)都不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，如下：
兩個(gè)引腳控制轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速
上面用 In1 和 In2 控制轉(zhuǎn)向，用 EnA 控制轉(zhuǎn)速，占用了 3 個(gè)控制引腳。對(duì)于引腳少的單片機(jī)，可以省掉一個(gè)引腳同樣達(dá)到控制轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的目的。一個(gè)有趣的現(xiàn)象是：在 EnA 是高電平的情況下，如果 In1 和 In2 同時(shí)為低電平或同時(shí)為高電平，馬達(dá)也不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，如下：
基于這一點(diǎn)，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(gè)用法。 In1 轉(zhuǎn)向 In2 轉(zhuǎn)速
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| 高 | 負(fù) | 低電平有效 |
| 低 | 正 | 高電平有效 |
這個(gè)方法雖然能省一個(gè)引腳，但有一點(diǎn)要注意：調(diào)速脈沖的極性在正、反轉(zhuǎn)時(shí)是不同的。下面通過用 Scratch 的實(shí)驗(yàn)來明確表達(dá)一下什么叫“調(diào)速脈沖極性相反”。
通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，+95 時(shí)是高電平有效，而 -95 時(shí)低電平有效，這就叫“調(diào)速脈沖極性相反”。與上面表格和動(dòng)圖的表述一致。
PS
本篇的起因是 Sugar 要給四年級(jí)的學(xué)員講 L298N 的工作原理，對(duì)于大孩子來說可以直接去看 datasheet 上的原理圖，如下：對(duì)于四年級(jí)的學(xué)員，上來就講這個(gè)圖肯定會(huì)講蒙的。所以 Sugar 用了“拆分”法，把整體知識(shí)拆成好理解的點(diǎn)，再用動(dòng)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(duì)不聽話”的叛逆孩子，當(dāng)把與門和非門與 H 橋結(jié)合時(shí)發(fā)現(xiàn)：壞垓子發(fā)揮了巨大的作用。合理的引導(dǎo)是授漁的藝術(shù)，合理用人是管理的藝術(shù)，藝術(shù)人生是美好的人生。
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