基于STM32F103控制L298N驱动两相四线步进电机

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前言

  L298N 是一种常见的双 H 桥电机驱动模块，广泛用于驱动直流电机和步进电机。它基于 ST 的 L298N 芯片，具有高电流承载能力和灵活的控制模式，适合机器人、自动化设备等领域。

一、模块参数

1、驱动芯片：L298N 双 H 桥直流电机驱动芯片
2、驱动电压 Vs：＋5V～＋35V ； 如需要板内取电，则供电范围Vs：+7V～+35V
3、驱动电流Io：2A(MAX)
4、逻辑电压Vss：＋5V～＋7V（可板内取电＋5V）
5、逻辑电流:0～36mA
6、控制信号输入电压范围：
  低电平：－0.3V≤Vin≤1.5V
  高电平：2.3V≤Vin≤Vss
7、使能信号输入电压范围：
  低电平：－0.3≤Vin≤1.5V（控制信号无效）
  高电平：2.3V≤Vin≤Vss（控制信号有效）
8、最大功耗：20W（温度 T＝75℃时）
9、存储温度：－25℃～＋130℃

二、接口说明

关于模块供电说明：
  供电一：板上除了L298N外，还有7805的5V稳压芯片，当供电为5V到7V区间的时候模块内置的7805芯片不能正常工作的。所以供电端接5-7V外部电源只负责给电机供电，然后逻辑端外接5V逻辑电源。
  供电二：当供电电压为7-12V时，插上板载5V使能的跳线帽，此时的逻辑端不但不用外接5V电源，还可以输出5V为单片机进行供电。
  供电三：当供电在大于12V的时候，此时必须断开板载5V使能跳线帽，再在逻辑端子接入5V电源给芯片供电。如果不断开板载使能跳线帽的话，可能会损坏内置的7805的稳压芯片。
  注意：板子没有升降压功能，供电范围要根据接的电机选择，避免供电过低过高带不动电机或烧坏电机，如驱动12V的电机，则接12V的电源。

三、准备工作

  STM32F103最小系统板、L298N驱动模块、2个直流电机或1个两相四线步进电机、EC11旋转编码器模块以及供电电源。

四、直流电机驱动

  该驱动板可驱动 2 路直流电机，使能端 ENA、ENB 为高电平时有效，控制方式及直流电机状态表如下所示：

  若要对直流电机进行 PWM 调速，需设置 IN1 和 IN2，确定电机的转动方向，然后对使能端输出 PWM 脉冲，即可实现调速。注意当使能信号为 0 时，电机处于自由停止状态；当使能信号为 1，且 IN1 和 IN2 为 00 或 11 时，电机处于制动状态，阻止电机转动。IN1和IN2控制输出A，IN3和IN4控制输出B。

引脚接线

L298N	STM32F103 / 电源 / 直流电机
输出A，B	连接电机1，2
12V供电	电源正
供电GND	电源负
旋转编码器A，B，S	PB3，PB1，PB0
通道A，B使能	去掉跳线帽，使能A接PA6，使能B接PA7 ，PWM调速
IN1，IN2	PA0，PA1
IN3，IN4	PA2，PA3

效果展示

五、两相四线步进电机驱动

步进电机相关概念

  相数——步进电机的N、S磁场的激磁线圈对数，如两相四线步进电机，就有两对极N、S磁场的激磁线圈，四线A+、A-、B+、B-，A+A-，B+B-是连通的，在不知道四线哪两两线为一对激磁线圈，通过短接两两线有明显阻力变化的则为一对线圈。
  拍数——转子转动一周，定子绕组通电的次数，以两相电机为例，有两相四拍运行方式即(A+)—(B+)—(A-)—(B-），两相八拍运行方式(A+)—(A+B+)—(B+)–(B+A-)—(A-)—(A-B-）—(B-）–(B-A+)，以此循环。
  步距角——步进电机接收到一个脉冲信号后，驱动电机按设定的方向转动的一个固定角度。如两相四线步进电机的基本步距角是1.8°，即一个脉冲走1.8°。
  同时，为了减弱或消除步进电机的低频振动开发了细分驱动技术。细分后电机运行时的实际步距角是基本步距角的几分之一，微步即1/4-step、1/8-step、1/16-step等。 比如，两相步进电机的基本步距角是1.8°，如果没有细分，则是200个脉冲走一圈360°。细分是通过驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的，如果是10细分，则发一个脉冲电机走0.18°，即2000个脉冲走一圈360°，电机的精度能否达到或接近0.18°，还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。

细分驱动	单圈步数=360°÷角度
四拍（1细分）	1.8°—— 单圈200步
八拍（2细分）	0.9°—— 单圈400步
十六拍（4细分）	0.45°—— 单圈800步
三十二拍（8细分）	0.225°—— 单圈1600步
六十四拍（16细分）	0.1125°—— 单圈3200步

拍数驱动时序

  单4拍（整步）方式驱动时序

  双4拍（整步）方式驱动时序

  电机转动方向如下所示，(A+)—(B+)—(A-)—(B-），以此循环,

特性	单四拍	双四拍
通电相数	每次一相	每次两相
功耗	较低	较高
步进角	一致	一致
力矩	较小	较大
定位稳定性	一般	更高

  8拍（半步）方式驱动时序

  电机转动方向如下所示，(A+)—(A+B+)—(B+)–(B+A-)—(A-)—(A-B-）—(B-）—(B-A+)，以此循环,

  反转时，控制时序倒过来控制就可实现反向转动。

引脚接线

L298N	STM32F103 / 电源 / 两相四线电机
12V供电	电源正
供电GND	电源负
旋转编码器A，B，S	PB3，PB1，PB0
通道A，B使能	把跳线帽插回去
IN1，IN2	PA0，PA1
IN3，IN4	PA2，PA3
OUT1，OUT2	A+，A-
OUT3，OUT4	B+，B-

效果展示

六、参考示例

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "encoder.h"
#include "l298n.h"
#include "usart.h"
#include "timer.h"
#include "pwm.h"int32_t RxData;int main(void)
{NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);usart_Init();L298N_Init();Encoder_Init();Timer_Inti();PWM_Init();while(1){		RxData =Encoder_Get();//直流电机控制正反转，调速TIM_SetCompare1(TIM3,RxData);if(Encoder_GetKey() == 0){Motor1_Zturn();Motor2_Zturn();}else{Motor1_Rturn();Motor2_Rturn();}//步进电机控制正反转
//		if(Encoder_GetKey() == 0)
//		{
//			switch(RxData)
//			{
//				case 1:
//					ZturndouControl_4();
//					break;
//				case 2:
//					RturndouControl_4();
//					break;
//			}
//		}else{
//			switch(RxData)
//			{
//				case 1:
//					ZturnControl_8();
//					break;
//				case 2:
//					RturnControl_8();
//					break;
//			}
//		}}
}

l298n.c

#include "l298n.h"
#include "delay.h"
#include "timer.h"void L298N_Init(void)
{//通过旋转编码器控制步进电机正转，翻转，加减速，停止GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructurn;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitStructurn.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructurn.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3;GPIO_InitStructurn.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructurn);
}void Motor1_Stop(void)	//电机1停止
{IN1(0);IN2(0);
}void Motor2_Stop(void)	//电机2停止
{IN3(0);IN4(0);
}void ALL_Stop(void)	//两个电机全停止
{IN1(0);IN2(0);IN3(0);IN4(0);
}void Motor1_Zturn(void)	//电机1正转
{IN1(1);IN2(0);
}void Motor1_Rturn(void)	//电机1反转
{IN1(0);IN2(1);
}void Motor2_Zturn(void)	//电机2正转
{IN3(1);IN4(0);
}void Motor2_Rturn(void)	//电机2反转
{IN3(0);IN4(1);
}void Control_4(void)	//单四拍
{if(Timer_GetCounter()<2500){IN1(1);IN2(0);IN3(0);IN4(0);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>2500 && Timer_GetCounter()<5000){IN1(0);IN2(1);IN3(0);IN4(0);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>5000 && Timer_GetCounter()<7500){IN1(0);IN2(0);IN3(1);IN4(0);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>7500 && Timer_GetCounter()<10000){IN1(0);IN2(0);IN3(0);IN4(1);delay_ms(10);}
}void ZturndouControl_4(void)	//正双四拍
{if(Timer_GetCounter()<2500){IN1(0);IN2(1);IN3(1);IN4(0);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>2500 && Timer_GetCounter()<5000){IN1(0);IN2(1);IN3(0);IN4(1);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>5000 && Timer_GetCounter()<7500){IN1(1);IN2(0);IN3(0);IN4(1);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>7500 && Timer_GetCounter()<10000){IN1(1);IN2(0);IN3(1);IN4(0);delay_ms(10);}
}void RturndouControl_4(void)	//反双四拍
{if(Timer_GetCounter()<2500){IN1(1);IN2(0);IN3(1);IN4(0);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>2500 && Timer_GetCounter()<5000){IN1(1);IN2(0);IN3(0);IN4(1);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>5000 && Timer_GetCounter()<7500){IN1(0);IN2(1);IN3(0);IN4(1);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>7500 && Timer_GetCounter()<10000){IN1(0);IN2(1);IN3(1);IN4(0);delay_ms(10);}
}void ZturnControl_8(void)	//正八拍
{if(Timer_GetCounter()<1250){IN1(1);IN2(0);IN3(0);IN4(0);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>1250 && Timer_GetCounter()<2500){IN1(1);IN2(0);IN3(1);IN4(0);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>2500 && Timer_GetCounter()<3750){IN1(0);IN2(0);IN3(1);IN4(0);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>3750 && Timer_GetCounter()<5000){IN1(0);IN2(1);IN3(1);IN4(0);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>5000 && Timer_GetCounter()<6250){IN1(0);IN2(1);IN3(0);IN4(0);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>6250 && Timer_GetCounter()<7500){IN1(0);IN2(1);IN3(0);IN4(1);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>7500 && Timer_GetCounter()<8750){IN1(0);IN2(0);IN3(0);IN4(1);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>8750 && Timer_GetCounter()<10000){IN1(1);IN2(0);IN3(0);IN4(1);delay_ms(10);}
}void RturnControl_8(void)	//反八拍
{if(Timer_GetCounter()<1250){IN1(1);IN2(0);IN3(0);IN4(1);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>1250 && Timer_GetCounter()<2500){IN1(0);IN2(0);IN3(0);IN4(1);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>2500 && Timer_GetCounter()<3750){IN1(0);IN2(1);IN3(0);IN4(1);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>3750 && Timer_GetCounter()<5000){IN1(0);IN2(1);IN3(0);IN4(0);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>5000 && Timer_GetCounter()<6250){IN1(0);IN2(1);IN3(1);IN4(0);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>6250 && Timer_GetCounter()<7500){IN1(0);IN2(0);IN3(1);IN4(0);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>7500 && Timer_GetCounter()<8750){IN1(1);IN2(0);IN3(1);IN4(0);delay_ms(10);}else if(Timer_GetCounter()>8750 && Timer_GetCounter()<10000){IN1(1);IN2(0);IN3(0);IN4(0);delay_ms(10);}
}