L298N（H桥+逻辑门电路）

时间：2021-01-21 01:21:45

关键字：机器人编程硬件电机驱动模块 H桥

[导读]机器人编程是对硬件编程，现在少儿阶段的“机器人等级考试”也要求具备必要的硬件电路知识。本篇 Sugar 就来说一说麦轮车上用的电机驱动模块相关的电路知识。

背景介绍：
机器人编程是对硬件编程，现在少儿阶段的“机器人等级考试”也要求具备必要的硬件电路知识。
本篇 Sugar 就来说一说麦轮车上用的电机驱动模块相关的电路知识。结合 Sugar 发过的：
1、《手打 L298N 马达驱动程序》
2、《浅谈面向对象思想下的 C 语言》
加上本篇算是完整的一套“软硬件无缝接合”的系列推文了。

“H 桥”是什么桥

H 桥是驱动直流马达的电路。

百度百科这样说：
维基百科这样说：
Sugar 两张原创图两眼看懂 H 桥主体工作原理：

约定：
1、线路上的箭头表示电流方向；
2、马达上的箭头表示转动方向；
3、黑色表示三极管不通，红、蓝色表示三极管导通。

“逻辑门”是什么门

上面的三极管当作“开关管”使用，为突出主体没有画出开关管的控制部分。在了解这个控制部分之前，先看下维基百科上的基础知识。

常见的“逻辑”就是：与、或、非。本篇只涉及到“与”和“非”。一、与门

“与门”就是个犟孩子，必须输入两个高电平才能输出高电平，其余都输出低电平。给“与门”画个像就是：
二、非门

“非门”就是个不听话的孩子，你说东他偏往西。给高电平输入，它给个低电平输出；给低电平输入，它给个高电平输出。表现就是：决对不听话！给非门画个像就是：

一个犟、一个不听话，放到桥上就是栋梁

三极管当开关管使用时可以实现：用弱电控制强电。打个比方说什么是“弱电控制强电”：三级管的三个引脚就像是一家三口，孩子最弱小，孩子哭闹全家睡不着、孩子睡好全家睡好。完整的 L298N 的 H 桥是这样的：

在 L298N 的 datasheet 中用一个圈表示“非门”，Sugar 与 datasheet 保持一致。

上图中 Sugar 的两个约定：
1、“绿色”的与门是导通的，“黑色”的与门不导通；
2、虚线表示弱电，可以是 3.3V或 5V；实线表示强电，在 Sugar 的麦轮车上是 12V。一种调速方式是在 EnA 上加调速脉冲，用 In1、 In2 控制转向，如下：

在“与门”和“非门”的控制下，如果 EnA 是低电平，那么无论 In1、 In2 是什么状态马达都不会转动，如下：

两个引脚控制转向和转速

上面用 In1 和 In2 控制转向，用 EnA 控制转速，占用了 3 个控制引脚。对于引脚少的单片机，可以省掉一个引脚同样达到控制转向和转速的目的。

一个有趣的现象是：在 EnA 是高电平的情况下，如果 In1 和 In2 同时为低电平或同时为高电平，马达也不会转动，如下：
基于这一点，我们可以通过把 EnA 接固定的高电平，用 In1 做方向控制、用 In2 做速度控制。下面先做表、再做图来解释这个用法。 In1 转向 In2 转速


高	负	低电平有效
低	正	高电平有效

这个方法虽然能省一个引脚，但有一点要注意：调速脉冲的极性在正、反转时是不同的。下面通过用 Scratch 的实验来明确表达一下什么叫“调速脉冲极性相反”。

通过实验发现，+95 时是高电平有效，而 -95 时低电平有效，这就叫“调速脉冲极性相反”。与上面表格和动图的表述一致。

PS

本篇的起因是 Sugar 要给四年级的学员讲 L298N 的工作原理，对于大孩子来说可以直接去看 datasheet 上的原理图，如下：

对于四年级的学员，上来就讲这个图肯定会讲蒙的。所以 Sugar 用了“拆分”法，把整体知识拆成好理解的点，再用动图重新组合来讲。本篇把与门和非门分别比作“犟孩子”和“决对不听话”的叛逆孩子，当把与门和非门与 H 桥结合时发现：坏垓子发挥了巨大的作用。合理的引导是授渔的艺术，合理用人是管理的艺术，艺术人生是美好的人生。