基于L298N電機驅(qū)動模塊的設計與實現(xiàn)

1、模擬電子技術課程設計基于L298N電機驅(qū)動模塊的設計與實現(xiàn)系 部電氣工程與自動化工程專 業(yè) 名 稱電氣自動化班 級電氣（9）班姓 名喬梁學 號 1116202064 指 導 教 師 王允建基于L298N電機驅(qū)動模塊設計與實現(xiàn)目 錄一、摘要.2二、 步進驅(qū)動模塊方案1、方案一.22、方案二.2三、硬件電路設計 3.1 L298N驅(qū)動模塊.23.2 電機控制過程.43.3 步進電機模塊.63.4 PCB設計.73.5 轉(zhuǎn)速控制設計.73.6 基于L298N電機驅(qū)動模塊的設計實物.8四、實驗仿真及調(diào)試4.1 實驗仿真結果.84.2 系統(tǒng)聯(lián)調(diào).9五、總 結.9六、儀器清單.10七、參考文獻.11基于L

2、298N電機驅(qū)動模塊的設計與實現(xiàn)一、摘 要該設計實現(xiàn)了步進電機正傳、反轉(zhuǎn)、加速快轉(zhuǎn)、減速慢轉(zhuǎn)的功能，啟動系統(tǒng)后，通過控制脈沖來控制系統(tǒng)，經(jīng)過L298N驅(qū)動電路對脈沖進行處理，輸出能直接控制步進電機的脈沖信號，在此基礎上，重新分配I/O資源，同時可增加驅(qū)動芯片L298N的個數(shù)，在負載能力范圍允許內(nèi)，還能實現(xiàn)多臺步進電機獨立正傳、反轉(zhuǎn)、加速快轉(zhuǎn)、減速慢轉(zhuǎn)的控制。二、 步進驅(qū)動模塊方案1、方案一：A3972驅(qū)動模塊是自動收發(fā)卡機的設計，是基于雙工位(工作通道)的，所以本驅(qū)動模塊內(nèi)部自帶電機切換電路，可以驅(qū)動分時工作的兩路電機，價格昂貴。2、方案二：L298N是ST公司生產(chǎn)的芯片。主要特點是：工作電壓

3、高，最高工作電壓可達46V，并且可以驅(qū)動兩個二相電機，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的I/O口提供信號，而且電路簡單，使用比較方便。 經(jīng)實驗比較，L298N驅(qū)動模塊運行可靠，取得效果較好，而且電路的電氣性能和散熱性能較好，此設計選用L298N驅(qū)動模塊。三、硬件電路設計3.1 L298N驅(qū)動模塊L298N（實物圖如圖一）是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感

4、性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；并且可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N驅(qū)動電機，該芯片可以驅(qū)動兩個二相電機，也可以驅(qū)動一個四相電機，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；L298N的主要引腳功能如下：+5V：芯片電壓5V；VCC：電機電壓，最大可接50V；GND：共地接法；Output1Output2：輸出端，接電機1；Output3Output4：輸出端，接電機2；EN1、EN2：高電平有效，EN1、EN2分別為 IN1和IN2、IN3和IN4的使能端；I

5、nput1 Input4：輸入端，輸入端電平和輸出端電平是對應的；圖一 L298n實物圖L298n內(nèi)部原理圖L298n管腳名稱命名3.2 電機控制過程IN1，IN2，IN3，IN4接收脈沖信號L298N的1腳和15腳發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。OUT1，OUT2 和 OUT3，OUT4之間可分別接電動機的一相。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)。ENA，ENB控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)，如圖三控制步進電機的運行速度只要控制系統(tǒng)發(fā)出時鐘脈沖的頻率或換相的周期，即在升速過程中，使脈沖的輸出頻率逐漸增加；在減速過程中，使脈沖的輸出頻率逐漸減少，L298

6、N驅(qū)動原理圖如圖二 圖二 L298n電機驅(qū)動模塊原理圖圖三 電機控制邏輯功能3.3 步進電機模塊本設計用的是兩線四相步進電機實現(xiàn)正傳、反轉(zhuǎn)、加速快轉(zhuǎn)、減速慢轉(zhuǎn)。步進電機換向時，一定要在電機降速停止或降到突跳頻率范圍之內(nèi)再換向，以免產(chǎn)生較大的沖擊而損壞電機。換向信號一定要在前一個方向的最后一個CP脈沖結束后以及下一個方向的第一個CP脈沖前發(fā)出（如圖四）。對于CP脈沖的設計主要要求其有一定的脈沖寬度（一般不小于5s）、脈沖序列的均勻度及高低電平方式?？刂撇竭M電機的轉(zhuǎn)相，如果給定工作方式正序換向通電，步進電機正轉(zhuǎn)，如果按反序通電通電換相則電機反轉(zhuǎn)，這些都由脈沖信號控制圖四轉(zhuǎn)向信號起作用的時刻速度控制

7、中加/減控制是最基本的控制。電機由靜止到達設定的最大的速度所需的時間是由調(diào)試決定的。加速度太大，電機甚至不能克服慣性而失步，加速度太少，則完成指定的運動耗費時間太多。加速度有兩中方案：線性加/減速度控制和等步距加/減速度控制。前者規(guī)定從加速度開始，每一加速度周期指令電機速度遞增相同的增量f；后者則是要求每一加速度周期電機走過相同的步數(shù)。等步距加/減速度控制的優(yōu)點，在于加/減過程中電機走的步數(shù)可以非常精確的計算，這一點對于加/減的位置控制非常重要，但從電機要克服慣性力來看，線性加速好些。3.4 PCB設計PROTEL是Altium公司在80年代末推出的EDA軟件，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當之

8、無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設計者的首選軟件PCB電路板印刷圖 轉(zhuǎn)速控制設計步進電機在工作時需由專用的驅(qū)動電源將脈沖信號電壓按一定的順序輪流加到定子的各相繞組上。驅(qū)動電源主要由脈沖分配器和脈沖功率放大器兩部分組成。步進電機的定子繞組從一次通電到下一次通電稱為一拍。每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。本課題對此四相步進電機采用的是4相4拍運行方式，即四相通電順序為A -B-C-D-A。經(jīng)過4拍才完成一個通電循環(huán)，又不不論采用何種運行方式，步距角與轉(zhuǎn)子極數(shù)z和拍數(shù)N之間的關系滿足式1-1： 式1-1所以本系統(tǒng)中電機的步距角，若通過定時器中斷設定脈沖頻率為f ，則轉(zhuǎn)子每秒鐘轉(zhuǎn)過的圈數(shù)為式2-2

9、： 式2-2也即步進電機每分鐘的轉(zhuǎn)速為，一分鐘轉(zhuǎn)了 圈。 所以只要改變定時器的定時時間，并在定時中斷產(chǎn)生時反轉(zhuǎn)脈沖信號的狀態(tài)，就能設置出合適的步進電機轉(zhuǎn)速，本設計采用步距角。3.6 基于L298N電機驅(qū)動模塊的設計實物四、實驗仿真及調(diào)試4.1 實驗仿真結果Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具，是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、AVR、ARM、8086和

10、MSP430等。4.2 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)硬件調(diào)試和軟件調(diào)試并不能完全分開，許多硬件錯誤就是在軟件調(diào)試過程中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。一般方法是先排除明顯的硬件故障和軟件錯誤，然后進行軟硬件聯(lián)合調(diào)試。 在進行聯(lián)機仿真調(diào)試之前，應作好下述工作：(1) 元器件在焊接過程中要逐一檢查，例如二極管、電容的極性，電容的容量及耐壓，元件的數(shù)值是否正確等。(2) 管座、元件焊接完畢，還要仔細檢查各元件之間裸露部分有無相互接觸現(xiàn)象，焊接面的各焊點間、焊點與鄰近線有無連接。特別注意電源是否短路，否則，在聯(lián)電的時候很容易造成電路電流過大，燒壞片子。(3) 完成上述檢查后，先空載上電（未插芯片），檢查電路板各引腳及插件上的電位是否正常

11、，特別是單片機引腳上的各點電位。若一切正常，將芯片插入各管座，再通電檢查各點電壓是否達到要求，邏輯電平是否符合電路或器件的邏輯關系。若有問題，掉電后再認真檢查故障原因。仿真調(diào)試的方案：把整個應用系統(tǒng)按其功能分成若干模塊，如系統(tǒng)擴展模塊、鍵盤輸入模塊、驅(qū)動電路模塊等。針對不同的功能模塊，并借助于儀器來檢查硬件電路的正確性。 五、總 結本學期我們開設了模擬電子技術基礎課，這門學科屬于電子電路范疇，與我們的專業(yè)有著密切的聯(lián)系，且是理論方面的指示。正所謂“紙上談兵終覺淺，覺知此事要躬行?！睂W習任何知識，僅從理論上去求知，而不去實踐、探索是不夠的，所以在本學期暨電路剛學完之際，緊接著來一次模擬電子課程設

12、計是很及時、很必要的。這樣不僅能加深我們對電子電路的認識，而且還及時、真正的做到了學以致用。生活就是這樣，汗水預示著結果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過這次課程設計，我才真正領略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，才真正意識到我們只有通過勤奮的努力，才能夠真正體會到科技帶給人類的幸福。在整個電路課程設計過程中，我不斷地在遇到問題和解決問題之中盤旋。例如在硬件制作，電路板的焊接上慢慢元件連接起來的時候，手里握著電焊鐵，直冒青煙，心理還是很緊張的。此次設計經(jīng)過測試可以實現(xiàn)步進電機轉(zhuǎn)速和方向的控制和調(diào)整。在設計過程中，力求硬件電路簡單，充分發(fā)揮軟件設計的優(yōu)勢，編程靈活方便等優(yōu)點，后來

13、看著自己的元件一個個連接了起來，自己的心里面像吃了蜜一樣的甜。終于就這樣，像愛迪生發(fā)明電燈泡的時候一樣，歷經(jīng)千萬次的猜想與實驗，終于使得這個問題得到了圓滿的解決。在這次畢業(yè)設計的過程中我受益匪淺。從一開始的確定課題，到后來的資料查找、理論學習，到最后的的調(diào)試和測試過程，將所學過的理論知識和實踐結合起來，動手能力得到了進一步的加強。在畫原理圖、安裝和調(diào)試軟件、硬件過程中不可避免地遇到各種問題，這要求保持沉著冷靜，聯(lián)系書本理論知識積極地思考，實在解決不了可以請教同學或指導老師。雖然在制作過程中不可避免地遇到很多問題，但是最后還是在老師以及同學的幫助下圓滿解決了這些問題，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)設計與最后調(diào)試，相關指標達到期望的要求，很好地完成了本次設計任務。六、儀器清單元器件數(shù)量L298N一個