完整word版大总结L298N的详细资料驱动直流电机和步进电机.docx
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完整word版大总结L298N的详细资料驱动直流电机和步进电机
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大总结
L298N 的详细资料驱动直流电机和步进电机
电机驱动电路；电机转速控制电路（PWM信号）
主要采用 L298N，通过单片机的 I/O 输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机
进行正反转，停止的操作，输入引脚与输出引脚的逻辑关系图为
驱动原理图
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L298N 电机驱动模块图•
1.1实物图•
1.2原理图••
1.3各种电机实物接线图••
1.4各种电机原理图•
1.5模块接口说明••
L298N 电机驱动模块图
1.1实物图
正面背面
1.2原理图
3
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1.3各种电机实物接线图
直流电机实物接线图
4 相步进电机实物接线图
4
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3 相步进电机实物接线图
1.4各种电机原理图
直流电机原理图步进电机原理图
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1.5模块接口说明
+5V：
芯片电压 5V。
VCC：
电机电压，最大可接 50V。
GND：
共地接法。
A-~D-：
输出端，接电机。
A~D+ ：
为步进电机公共端，模块上接了 VCC。
EN1、EN2：
高电平有效，EN1、EN2 分别为 IN1 和 IN2、IN3 和 IN4 的使能端。
IN1~ IN4：
输入端，输入端电平和输出端电平是对应的。
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我正在用 L298N 驱动我的小车的两个直流减速电机，其实它很好用，
1 和 15 和 8 引脚直接接地，
4 管脚 VS 接 2.5 到 46 的电压，它是用来驱动电机的，
9 引脚是用来接 4.5 到 7V 的电压的，它是用来驱动 L298 芯片的，
记住，L298 需要从外部接两个电压，一个是给电机的，另一个给 L298 芯片的
6 和 11 引脚是它的使能端，一个使能端控制一个电机，至于那个控制那个你自己焊接，你
可以把它理解为总开关，只有当它们都是高电平的时候两个电机才有可能工作，
5,7,10,12 是 298 的信号输入端和单片机的 IO 口相连，
2,3,13,14 是输出端，
输入 5 和 7 控制输出 2 和 3,输入的 10,12 控制输出的 13,14
L298N 型驱动器的原理及应用
L298N 是 SGS 公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。
是一种二相和四相电机的专用驱
动器，即内含二个 H 桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准 TTL 逻辑电平信号，可
驱动46V、2A 以下的电机。
其引脚排列如图1中 U4所示，1脚和15脚可单独引出连接电流采
样电阻器，形成电流传感信
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L298N 的恒压恒流桥式 2A 驱动芯片 L298N 说明及应用
L298 是 SGS 公司的产品，比较常见的是 15 脚 Multiwatt 封装的 L298N，内部同样包含 4 通
道逻辑驱动电路。
可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。
L298N 芯片可以驱
动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来
调节输出电压；可以直接用单片机的 IO 口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。
L298N
可接受标准 TTL 逻辑电平信号 VSS，VSS 可接 4．5～7 V 电压。
4 脚 VS 接电源电压，VS 电压范
围 VIH 为＋2．5～46 V。
输出电流可达 2．5 A，可驱动电感性负载。
1 脚和 15 脚下管的发
射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。
L298 可驱动 2 个电动机，
OUT1，OUT2 和 OUT3，OUT4 之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。
5，
7，10，12 脚接输入控制电平，控制电机的正反转。
EnA，EnB 接控制使能端，控制电机的停
转。
表 1 是 L298N 功能逻辑图。
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In3，In4 的逻辑图与表 1 相同。
由表 1 可知 EnA 为低电平时，输入电平对电机控制起作用，
当 EnA 为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。
同为低电平电机停止，同为高电平
电机刹停。
L298N 控制器原理如下：
图 3 是控制器原理图，由 3 个虚线框图组成。
下面是 3 个虚线框图功能：
（1）虚线框图 1 控制电机正反转，U1A，U2A 是比较器，VI 来自炉体压强传感器的电压。
当
VI＞VRBF1 时，U1A 输出高电平，U2A 输出高电平经反相器变为低电平，电机正转。
同理 VI
＜VRBF1 时，电机反转。
电机正反转可控制抽气机抽出气体的流量，从而改变炉体压强。
（2）虚线框图 2 中，U3A，U4A 两个比较器组成双限比较器，当 VB＜VI＜VA 时输出低电平，
当 VI＞VA，VI＜VB 时输出高电平。
VA，VB 是由炉体压强转感器转换电压的上下限，即反应
炉体压强控制范围。
根据工艺要求，我们可自行规定VA，VB 的值，只要炉体压强在 VA，VB
所确定范围之间电机停转（注意 VB＜VRBF1＜VA，如果不在这个范围内，系统不稳定）。
（3）虚线框图 3 是一个长延时电路。
U5A 是一个比较器，Rs1 是采样电阻，VRBF2 是电机过
流电压。
Rs1 上电压大于 VREF2，电机过流，U5A 输出低电平。
由上面可知，框图 1 控制电
机正反转，框图 2 控制炉体压强的纹波大小。
当炉体压强太小或太大时，电动机转到两端固
定位置停止，根据直流电机稳态运行方程[3]：
U＝CeФN＋RaIa
其中:
Ф 为电机每极磁通量；Ce 为电动势常数； N 为电机转数； Ia 为电枢电流；
Ra 电枢回路电阻。
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电机转数 N 为 0，电机的电流急剧增加，时间过长将会使电机烧坏。
但电机起动时，电机中
线圈中的电流也急剧变大，因此我们必须把这两种状态分开。
长延时电路可把这两种状态区
分出来。
长延时电路工作原理：
当Rs1 过流 U5A 产生一个负脉冲经过微分后，脉冲触发555
的 2 脚，电路置位，3 脚输出高电平，由于放电端 7 脚开路，C1，R5 及 U6A 组成积分器开始
积分，电容 C1 上的充电电压线性上升，延时运放积分常数为 100R5C1。
当 C1 上充电电压，
即 6 脚电压超过 2／3 VCC，555 电路复位，输出低电平。
电机启动时间一般小于 0．8 s，
C1 充电时间一般为 0．8～1 s。
U5A 输出电平与 555 的 3 脚输出电平经 U7 相或，如果 U5A
输出低电平大于 C1 充电时间，U7 在 C1 充电后输出低电平由与门 U8 输入到 L298N 的 6 脚 ENA
端使电机停止。
如果 U5A 的输出电平小于 C1 充电时间，6 脚不动作电机的正常启动。
长延
时电路吸收电机启动过流电压波形，从而使电机正常启动。
下图是其引脚图：
1、15 脚是输出电流反馈引脚，其它与 L293 相同。
在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。
上图是其与 51 单片机连接的电路图。
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L298 应用实例
实例一：
用 L298 驱动两台直流减速电机的电路。
引脚6，9 可用于 PWM 控制。
如果机器人
项目只要求直行前进，则可将 5，10 和 7，12 两对引脚分别接高电平和低电平，仅用单片机
的两个端口给出 PWM 信号控制 6，11 即可实现直行、转弯、加减速等动作。
实例二：
用 L298 实现二相步进电机控制。
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步进电机原理及其使用说明
一、前言
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
在非超载的情况下，
电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给
电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
这一线性关系的存在，加上步进电机只有
周期性的误差而无累积误差等特点。
使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的
非常的简单。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规
下使用。
它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进
电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂
家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。
仅仅处于一种盲目的仿
制阶段。
这就给用户在产品选型、使用中造成许多麻烦。
签于上述情况，我们决定以广泛的
感应子式步进电机为例。
叙述其基本工作原理。
望能对广大用户在选型、使用、及整机改进
时有所帮助。
二、感应子式步进电机工作原理
（一）反应式步进电机原理
由于反应式步进电机工作原理比较简单。
下面先叙述三相反应式步进电机原理。
1、结构：
电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿
轴线错开。
0、1/3 て、2/3 て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即 A 与齿
1 相对齐，B 与齿 2 向右错开 1/3 て，C 与齿 3 向右错开 2/3 て，A'与齿 5 相对齐，（A'就
是 A，齿 5 就是齿 1）下面是定转子的展开图：
2、旋转：
如 A 相通电，B，C 相不通电时，由于磁场作用，齿 1 与 A 对齐，（转子不受任何力以
下均同）。
如 B 相通电，A，C 相不通电时，齿 2 应与 B 对齐，此时转子向右移过 1/3 て，此时齿 3
与 C 偏移为 1/3 て，齿 4 与 A 偏移（て-1/3 て）=2/3 て。
如 C 相通电，A，B 相不通电，齿 3 应与 C 对齐，此时转子又向右移过 1/3 て，此时齿 4
与 A 偏移为 1/3 て对齐。
如 A 相通电，B，C 相不通电，齿 4 与 A 对齐，转子又向右移过 1/3 て。
这样经过 A、B、C、A 分别通电状态，齿 4（即齿 1 前一齿）移到 A 相，电机转子向右
转过一个齿距，如果不断地按 A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3 て,向右旋
转。
如按 A，C，B，A……通电，电机就反转。
由此可见：
电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。
而方向由
导电顺序决定。
不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。
往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A
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这种导电状态，这样将原来每步 1/3 て改变为 1/6 て。
甚至于通过二相电流不同的组合，使
其 1/3 て变为 1/12 て，1/24 て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。
不难推出：
电机定子上有 m 相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移 1/m,2/m……
（m-1）/m,1。
并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是步进电机旋转的物理条
件。
只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市
场上一般以二、三、四、五相为多。
3、力矩：
电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度产生力
F 与（dФ/dθ）成正比
其磁通量Ф=Br*S ；Br 为磁密；S 为导磁面积 ； F 与 L*D*Br 成正比；L 为铁芯有效长
度；D 为转子直径；Br=N·I/RN·I 为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R 为磁阻。
力矩=力*半径力矩与电机有效体积*安匝数*磁密 成正比（只考虑线性状态）
因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之
亦然。
（二）感应子式步进电机
1、特点：
感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁
材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电
机效率高，电流小，发热低。
因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用
比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。
感应子式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。
一个四相电机可以作四相运
行，也可以作二相运行。
（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。
例如：
四
相，八相运行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件
为 C=,D=。
一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而功率
大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四
相），这样使用时，既可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用。
2、分类
感应子式步进电机以相数可分为：
二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。
以机
座号（电机外径）可分为：
42BYG（BYG 为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG、110BYG、
（国际标准），而像 70BYG、90BYG、130BYG 等均为国内标准。
3、步进电机的静态指标术语
相数：
产生不同对极 N、S 磁场的激磁线圈对数，常用 m 表示。
拍数：
完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用 n 表示，或指电机转过一个齿
距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即 AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运
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行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。
步距角：
对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。
θ=360 度（转子齿数
J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50 齿电机为例。
四拍运行时步距角为θ=360 度
/（50*4）=1.8 度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360 度/（50*8）=0.9 度（俗称半
步）。
定位转矩：
电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机
械误差造成的）
静转矩：
电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。
此力
矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。
虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过份采用减小气隙，
增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。
4、步进电机动态指标及术语
1、步距角精度：
步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。
用百分比表示：
误差/步距角*100%。
不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在 5%之内，八拍运行时应在 15%
以内。
2、失步：
电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。
称之为失步。
3、失调角：
转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产
生的误差，采用细分驱动是不能解决的。
4、最大空载起动频率：
电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况
下，能够直接起动的最大频率。
5、最大空载的运行频率：
电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高
转速频率。
6、运行矩频特性：
电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行
矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。
如下图所示：
其它特性还有惯频特性、起动频率特性。
电机一旦选定，电机的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决于电机运
行时的平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性
越硬。
如下图所示：
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其中，曲线 3 电流最大、或电压最高;曲线 1 电流最小、或电压最低，曲线与负载的交
点为负载的最大速度点。
要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采用小电感大电流的电机。
7、电机的共振点：
步进电机均有固定的共振区域，二、四相感应子式步进电机的共振
区一般在 180-250pps 之间（步距角 1.8 度）或在 400pps 左右（步距角为 0.9 度），电机驱
动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小，则共振区向上偏移，反之亦然，为
使电机输出电矩大，不失步和整个系统的噪音降低，一般工作点均应偏移共振区较多。
8、电机正反转控制：
当电机绕组通电时序为 AB-BC-CD-DA 或（）时为正转，通电时序为
DA-CA-BC-AB 或（）时为反转。
三、驱动控制系统组成
使用、控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统，其方框图如下：
1、脉冲信号的产生
脉冲信号一般由单片机或 CPU 产生，一般脉冲信号的占空比为 0.3-0.4 左右，电机转速越高，
占空比则越大.
2、信号分配
我厂生产的感应子式步进电机以二、四相电机为主，二相电机工作方式有二相四拍和二相八
拍二种，具体分配如下：
二相四拍为,步距角为 1.8 度；二相八拍为
步距角为 0.9 度。
四相电机工作方式也有二种，四相四拍为
AB-BC-CD-DA-AB,步距角为 1.8 度；四相八拍为 AB-B-BC-C-CD-D-AB,（步距角为 0.9 度）。
3、功率放大 功率放大是驱动系统最为重要的部分。
步进电机在一定转速下的转矩取决于它
的动态平均电流而非静态电流（而样本上的电流均为静态电流）。
平均电流越大电机力矩越
大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。
因而不同的场合采取不同
的的驱动方式，到目前为止，驱动方式一般有以下几种：
恒压、恒压串电阻、高低压驱动、
恒流、细分数等。
为尽量提高电机的动态性能，将信号分配、功率放大组成步进电机的驱
动电源。
我厂生产的 SH 系列二相恒流斩波驱动电源与单片机及电机接线图如下：
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说明：
CP 接 CPU 脉冲信号（负信号，低电平有效）
OPTO 接 CPU+5V
FREE 脱机，与 CPU 地线相接，驱动电源不工作
DIR 方向控制，与 CPU 地线相接，电机反转
VCC 直流电源正端
GND 直流电源负端
A 接电机引出线红线
接电机引出线绿线
B 接电机引出线黄线
接电机引出线蓝线
步进电机一经定型，其性能取决于电机的驱动电源。
步进电机转速越高，力距越大则要求电
机的电流越大，驱动电源的电压越高。
电压对力矩影响如下：
4、细分驱动器
在步进电机步距角不能满足使用的条件下，可采用细分驱动器来驱动步进电机，细分驱动器
的原理是通过改变相邻（A，B）电流的大小，以改变合成磁场的夹角来控制步进电机运转的。
四、步进电机的应用
（一）步进电机的选择
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步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。
一旦三大要素确定，步
进电机的型号便确定下来了。
1、步距角的选择
每
电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上， 个
当量电机应走多少角度（包括减速）。
电机的步距角应等于或小于此角度。
目前市场上步进
电机的步距角一般有 0.36 度/0.72 度（五相电机）、0.9 度/1.8 度（二、四相电机）、1.5
度/3 度 （三相电机）等。
2、静力矩的选择
步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。
静力矩选择的依据是
电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。
单一的惯性负载和单一的摩擦负
载是不存在的。
直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性
负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。
一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3 倍内好，静
力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）
3、电流的选择
静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判
断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压）
综上所述选择电机一般应遵循以下步骤：
4、力矩与功率换算
步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率
换算如下：
P= Ω·M Ω=2π·n/60 P=2πnM/60
其 P 为功率单位为瓦，Ω为每秒角速度，单位为弧度，n 为每分钟转速，M 为力矩单位为牛
顿·米
P=2πfM/400（半步工作）
其中 f 为每秒脉冲数（简称 PPS）
（二）、应用中的注意点
1、步进电机应用于低速场合---每分钟转速不超过 1000 转，（0.9 度时 6666PPS），最好在
1000-3000PPS（0.9 度）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，
噪音低。
2、步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。
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3、由于历史原因，只有标称为 12V 电压的电机使用 12V 外，其他电机的电压值不是驱动电
压伏值 ，可根据驱动器选择驱动电压（建议：
57BYG 采用直流 24V-36V，86BYG 采用直流
50V,110BYG 采用高于直流 80V），当然 12 伏的电压除 12V 恒压驱动外也可以采用其他驱动
电源， 不过要考虑温升。
4、转动惯量大的负载应选择大机座号电机。
5、电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一电机
不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。
6、高精度时，应通过机械减速、提高电机速度,或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采
用 5 相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少，其被淘汰的说法是外行话。
延时电路工作原理：
当 Rs1 过流 U5A 产生一个负脉冲经过微分后，脉冲触发 555 的 2 脚，电
路置位，3 脚输出高电平，由于放电
步进电机控制原理
步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转
动一个角度，因此非常适合于单片机控制。
步进电机可分为反应式步进电机（简称 VR）、
永磁式步进电机（简称 PM）和混合式步进电机（简称 HB）。
步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机
的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。
步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。
其基本原理作用如下：
（1）控制换相顺序
通电换相这一过程称为脉冲分配。
例如：
三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为
A-B-C－D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制 A,B,C，D 相的通断。
（2）控制步进电机的转向
如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正
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