一起玩儿物联网人工智能小车——05. 电机驱动模块L298N

前边已经通过USB的5V电源使得TT马达可以转动起来了。我们要做得并不是一个竞速的玩具四驱车，所以必须要能够随心所欲的控制马达的转速，这样才能够实现循迹、避障和跟随等基本功能。TT马达的控制工作自然是交给了我们之前所选的ESP32芯片来完成了，但是可以把电机直接连接到ESP32的引脚上么？答案肯定是不能的。其主要的原因是芯片引脚的输出电压和电流都达不到TT马达正常工作的要求，就像人的力量不足以拉动一个火车一样。这个时候，我们就需要一个“力量”放大器，可以将我们的力量放大到可以拖动火车前进。而这个“力量”放大器就是本文所要介绍的电机驱动模块，它的作用就是可以将芯片的输出信号的电流进行放大，使其可以驱动TT马达转动。

电机驱动模块有很多，我们在选择的时候主要考虑2个因素，一个是模块所支持的电压，一个是能承受的最大电流。在这两方面最好都留有一定的余量。我们选择的以L298N芯片为核心的电机驱动模块，该芯片常用于控制直驱动流电机、步进电机等。它具有以下特点：

1.输出驱动能力较强，可以驱动电流较大的电机。

2.支持双路PWM控制，可以实现两个电机的速度和方向控制。

3.具有过热保护功能，可以保护芯片和电机免受过热损坏。

4.具有使能控制端，可以方便地控制电机的启动和停止。

总之，L298N是一种功能强大、易于使用的电机驱动芯片，广泛应用于各种电机控制系统中。其基本参数如下：

•         主控芯片：L298N
  •         工作模式：H桥驱动（双路）
    •         逻辑电压：5V-7V.
      •         逻辑电流：0-36mA
        •         驱动电压：5-35V，如需要板内取电，则供电范围7V-35V
          •         驱动电流：2A(MAX单桥）
            •         存储温度：-20℃到+135℃
              •         最大功率：25W
                •         控制信号输入电压范围：低电平：-0.3V≤Vin≤1.5V
                  •                 高电平：2.3V≤VinsVss
                    •         使能信号输入电压范围电平：-0.3≤Vins≤1.5(控制信号无效)
                      •                 高电平：2.3V≤VinsVss（控制信号有效）

  通过上边的参数可以知道，L298N驱动模块的驱动电压为5-35V，完全覆盖了TT马达的正常工作时需要的电压范围，也符合我们之前采购的12V可充电电池的要求。而其最大电流达到了2A，也高于TT马达堵转时的电流，在电机堵转的情况下，也不会损坏驱动的L298N芯片。

  每个L298N芯片可以驱动2个TT马达，所有我选择了拥有双芯片，四路输出的L298N电机驱动模块。如下图所示：

  

  该模块的主要接口如下图所示：

  

  这些接口的功能说明如下：

  1. 开关：是控制整个模块的电源开关。
  2. 电源输入端子：为真个模块提供供电的电源接线端子。可接受的电压范围为直流5~35V。VCC为电源的正极，GND为电源的负极。
  3. 电机控制输入：接负责控制的单片机输出管脚。从IN1开始，每两个为一组，共四组，可以控制4个直流电动机的工作情况。
  4. 5V输出端子：对外提供5V直流供电。当使用这个端子为其他模块供电时，电源输入端的电压不应低于7V，否则此端口无法正常工作。
  5. 使能端子：EN1~EN4分别控制第1~4路电动机是否工作。
  6. 控制电机输出端子：用于连接被驱动的直流电动机的两端，自上到下每2个为一组，共四组。

  L298N的控制逻辑关系如下表所示：

  控制端口	EN1	IN1	IN2	电机1状态（接OUT1、OUT2）
  通道1	1	1	0	正转
  1	0	1	反转
  1	0	0	停止
  1	1	1	停止
  0	0/1	0/1	停止

  控制端口	EN2	IN3	IN4	电机2状态（接OUT3、OUT4）
  通道2	1	1	0	正转
  1	0	1	反转
  1	0	0	停止
  1	1	1	停止
  0	0/1	0/1	停止

  控制端口	EN3	IN5	IN6	电机3状态（接OUT5、OUT6）
  通道3	1	1	0	正转
  1	0	1	反转
  1	0	0	停止
  1	1	1	停止
  0	0/1	0/1	停止

  控制端口	EN4	IN7	IN8	电机4状态（接OUT7、OUT8）
  通道4	1	1	0	正转
  1	0	1	反转
  1	0	0	停止
  1	1	1	停止
  0	0/1	0/1	停止

  通过上表可以简单的总结出来，当EN为高电平1时，如果两个输入端的高低电平不同，则电动机转动（此时变换高低电平，可使转动方向相反），输入端的电平相同，则电动机不转。

  根据L298N模块的控制特性，我们在使用中可以有以下2种接线方法：

  第一种方法是将使能端EN接高电平，保持一直可用的状态，然后通过单片机分别控制两个IN端，使用不同的波形来控制电机的转速和方向。

  第二种方法是用单片机控制两个IN端分别是0和1来改变电动机的运转方向，再通过控制EN端的输入波形来调整电机的运转速度。

  这两种接法的区别在于第一种只需要使用2个单片机引脚，而第二种则需要3个单片机引脚。但是，第一种要求这两个引脚都需要能输出不同波形的控制信号，而第二种方法则只需要一个能输出不同波形信号的引脚就可以了（另2个引脚只是控制高低电平的输出）。

  好了，电机驱动模块——L298N就基本介绍到这里了，具体的接线方法和控制方法再后面还会做具体的讲解。