如果你打算组装一台机器人，你最终会想学习如何控制直流电机。控制直流电机的最简单且经济实惠的方法是使用L298N电机驱动器和Arduino连接。它可以控制两个直流电机的速度和旋转方向。

控制直流电机

为了完全控制直流电机，我们必须控制它的速度和旋转方向。这可以通过结合这两种技术来实现。

●    PWM - 控制速度

●    H桥 - 控制旋转方向

让我们了解一下。

PWM - 控制速度

直流电机的速度可以通过改变其输入电压来控制。执行此操作的常用技术是使用 PWM（脉冲宽度调制）。

PWM是一种通过发送一系列ON-OFF脉冲来调整输入电压平均值的技术。平均电压与称为占空比的脉冲宽度成正比。

占空比越高，施加到直流电机的平均电压越高（导致速度更高），占空比越短，施加到直流电机的平均电压越低（导致速度降低）。

下图显示了具有不同占空比和平均电压的 PWM 技术。

H桥 – 控制旋转方向

直流电机的旋转方向可以通过改变其输入电压的极性来控制。执行此操作的常用技术是使用H桥。

H桥电路由四个开关组成，电机位于中心，形成H形排列。一次关闭两个特定开关会反转施加到电机的电压极性。这会导致电机的旋转方向发生变化。

以下动画显示了H桥电路的工作。

L298N电机驱动芯片

模块的中心是一个带有厚实散热器的黑色大芯片 - L298N。

在L298N芯片内部，您会发现两个能够驱动一对直流电机的标准H桥。这意味着它最多可以单独驱动两个电机，非常适合构建两轮机器人平台。

L298N电机驱动器的电源范围为5V至35V，每个通道能够提供2A的连续电流，因此它与我们的大多数直流电机配合得非常好。

L298N电机驱动模块引脚排列

L298N模块共有11个引脚将其与外界连接。引脚如下：

让我们一一熟悉所有引脚。

电源引脚

L298N电机驱动模块通过3针3.5mm螺钉式接线端子供电。

L298N电机驱动器实际上有两个输入电源引脚 - VS和VSS。

VS 引脚为IC的内部H桥供电以驱动电机。您可以将5到12V之间的任何输入电压连接到该引脚。

VSS 用于驱动L298N IC内部的逻辑电路，其电压可以为5至7V。

GND 是公共接地引脚。

输出引脚

L298N电机驱动器的输出通道OUT1和OUT2用于电机A，OUT3和OUT4用于电机B，通过两个3.5mm螺钉式接线端子将其引出到模块边缘。您可以将两个5-12V直流电机连接到这些端子。

该模块的每个通道可以为直流电机提供高达2A的电流。然而，提供给电机的电流量取决于系统的电源。

方向控制引脚

通过使用方向控制引脚，您可以控制电机是正转还是反转。这些引脚实际上控制着L298N芯片内部H桥电路的开关。

该模块的每个通道都有两个方向控制引脚。IN1和IN2引脚控制电机A的旋转方向；而IN3和IN4控制电机B 旋转方向。

可以通过对这些输入应用逻辑高电平 (5V) 或逻辑低电平（接地）来控制电机的旋转方向。

速度控制引脚

速度控制引脚ENA和ENB用于打开/关闭电机并控制其速度。

将这些引脚拉高将导致电机旋转，而将其拉低将停止它们。使用脉冲宽度调制 (PWM)，您实际上可以控制电机的速度。

该模块通常在这些引脚上带有一个跳线。当这个跳线就位时，电机以最大速度旋转。如果您想以编程方式控制电机的速度，您需要移除跳线并将它们连接到Arduino上启用PWM的引脚。

板载5V稳压器和跳线

该模块有一个板载5V稳压器 – 78M05。它可以通过跳线启用或禁用。

当这个跳线就位时，5V稳压器被启用，它从电机电源 (VS) 获得逻辑电源 (VSS)。在这种情况下，5V输入端作为输出引脚，提供5V 0.5A。您可以使用它为需要5V电源的Arduino或其他电路供电。

当跳线被移除时，5V稳压器被禁用，我们必须通过VSS引脚单独提供 5V。

L298N的电压降

L298N的压降约为2V。这是由于H桥电路中开关晶体管的内部电压降造成的。

因此，如果您将12V连接到电机电源端子，电机将收到大约10V的电压。这意味着12V直流电机永远不会以最大速度旋转。

为了从电机获得最大速度，电机电源的电压应略高于电机的实际电压要求（+2V）。考虑到2V的压降，如果您使用的是5V电机，则需要在电机电源端提供7V。如果您使用12V电机，那么您的电机电源电压应为14V。

将L298N电机驱动器模块连接到Arduino开发板

现在我们了解了有关模块的所有信息，可以开始将它连接到Arduino！

首先将电源连接到电机。在实验中，我们使用的是两轮驱动机器人中常见的直流变速箱电机（也称为“TT”电机）。它们的额定电压为3至12V。因此，我们将外部12V电源连接到VS端子。考虑到L298N IC的内部电压降，电机将接收10V电压并以略低的RPM旋转。

接下来，我们需要为L298N的逻辑电路提供5V电压。本文将使用板载5V稳压器从电机电源获得5V，因此请保留5V-EN跳线。

现在将L298N模块的输入和启用引脚（ENA、IN1、IN2、IN3、IN4 和 ENB）连接到六个Arduino数字输出引脚（9、8、7、5、4 和 3）。请注意，Arduino输出引脚9和3都启用了PWM。

最后将一台电机连接到端子A（OUT1和OUT2），将另一台电机连接到端子B（OUT3 和 OUT4）。完成后，您应该有一些类似于下图所示的内容。

Arduino示例代码

下面的草图将让您全面了解如何使用L298N电机驱动器控制直流电机的速度和旋转方向，并将作为更多实际实验和项目的基础。

1. // Motor A connections
   
2. int enA = 9;
   
3. int in1 = 8;
   
4. int in2 = 7;
   
5. // Motor B connections
   
6. int enB = 3;
   
7. int in3 = 5;
   
8. int in4 = 4;
   
9. 
   
10. void setup() {
    
11.         // Set all the motor control pins to outputs
    
12.         pinMode(enA, OUTPUT);
    
13.         pinMode(enB, OUTPUT);
    
14.         pinMode(in1, OUTPUT);
    
15.         pinMode(in2, OUTPUT);
    
16.         pinMode(in3, OUTPUT);
    
17.         pinMode(in4, OUTPUT);
    
18.         
    
19.         // Turn off motors - Initial state
    
20.         digitalWrite(in1, LOW);
    
21.         digitalWrite(in2, LOW);
    
22.         digitalWrite(in3, LOW);
    
23.         digitalWrite(in4, LOW);
    
24. }
    
25. 
    
26. void loop() {
    
27.         directionControl();
    
28.         delay(1000);
    
29.         speedControl();
    
30.         delay(1000);
    
31. }
    
32. 
    
33. // This function lets you control spinning direction of motors
    
34. void directionControl() {
    
35.         // Set motors to maximum speed
    
36.         // For PWM maximum possible values are 0 to 255
    
37.         analogWrite(enA, 255);
    
38.         analogWrite(enB, 255);
    
39. 
    
40.         // Turn on motor A & B
    
41.         digitalWrite(in1, HIGH);
    
42.         digitalWrite(in2, LOW);
    
43.         digitalWrite(in3, HIGH);
    
44.         digitalWrite(in4, LOW);
    
45.         delay(2000);
    
46.         
    
47.         // Now change motor directions
    
48.         digitalWrite(in1, LOW);
    
49.         digitalWrite(in2, HIGH);
    
50.         digitalWrite(in3, LOW);
    
51.         digitalWrite(in4, HIGH);
    
52.         delay(2000);
    
53.         
    
54.         // Turn off motors
    
55.         digitalWrite(in1, LOW);
    
56.         digitalWrite(in2, LOW);
    
57.         digitalWrite(in3, LOW);
    
58.         digitalWrite(in4, LOW);
    
59. }
    
60. 
    
61. // This function lets you control speed of the motors
    
62. void speedControl() {
    
63.         // Turn on motors
    
64.         digitalWrite(in1, LOW);
    
65.         digitalWrite(in2, HIGH);
    
66.         digitalWrite(in3, LOW);
    
67.         digitalWrite(in4, HIGH);
    
68.         
    
69.         // Accelerate from zero to maximum speed
    
70.         for (int i = 0; i < 256; i++) {
    
71.                 analogWrite(enA, i);
    
72.                 analogWrite(enB, i);
    
73.                 delay(20);
    
74.         }
    
75.         
    
76.         // Decelerate from maximum speed to zero
    
77.         for (int i = 255; i >= 0; --i) {
    
78.                 analogWrite(enA, i);
    
79.                 analogWrite(enB, i);
    
80.                 delay(20);
    
81.         }
    
82.         
    
83.         // Now turn off motors
    
84.         digitalWrite(in1, LOW);
    
85.         digitalWrite(in2, LOW);
    
86.         digitalWrite(in3, LOW);
    
87.         digitalWrite(in4, LOW);
    
88. }

复制代码

代码说明

Arduino代码非常简单。 它不需要任何库即可工作。 草图首先声明L298N的控制引脚连接到的Arduino引脚。

1. // Motor A connections
   
2. int enA = 9;
   
3. int in1 = 8;
   
4. int in2 = 7;
   
5. // Motor B connections
   
6. int enB = 3;
   
7. int in3 = 5;
   
8. int in4 = 4;

复制代码

在setup()函数中，所有电机控制引脚（方向和速度控制引脚）都被声明为数字输出，方向控制引脚被拉低以关闭两个电机。

1. void setup() {
   
2.         // Set all the motor control pins to outputs
   
3.         pinMode(enA, OUTPUT);
   
4.         pinMode(enB, OUTPUT);
   
5.         pinMode(in1, OUTPUT);
   
6.         pinMode(in2, OUTPUT);
   
7.         pinMode(in3, OUTPUT);
   
8.         pinMode(in4, OUTPUT);
   
9.         
   
10.         // Turn off motors - Initial state
    
11.         digitalWrite(in1, LOW);
    
12.         digitalWrite(in2, LOW);
    
13.         digitalWrite(in3, LOW);
    
14.         digitalWrite(in4, LOW);
    
15. }

复制代码

在loop()函数中，我们以一秒的间隔调用两个用户定义的函数。

1. void loop() {
   
2.         directionControl();
   
3.         delay(1000);
   
4.         speedControl();
   
5.         delay(1000);
   
6. }

复制代码

这两个自定义函数分别是：

●    directionControl() - 此函数使两个电机以最大速度向前旋转两秒钟。 然后它会反转电机的旋转方向并旋转两秒钟。

●    speedControl() - 此函数通过使用analogWrite()函数产生PWM信号将两个电机从零加速到最大速度，然后将它们减速回零。