直流電機簡介

直流電機是指能將直流電能轉換成機械能（直流電動機）或將機械能轉換成直流電能（直流發電機）的旋轉電機。它是能實現直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作發電機運行時是直流發電機，將機械能轉換為電能。

直流電機的工作原理是里邊固定有環狀永磁體，電流通過轉子上的線圈產生安培力，當轉子上的線圈與磁場平行時，再繼續轉受到的磁場方向將改變，因此此時轉子末端的電刷跟轉換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產生的洛倫茲力方向不變，所以電機能保持一個方向轉動。

直流發電機的工作原理就是把電樞線圈中感應的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變為直流電動勢的原理。

感應電動勢的方向按右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向導體運動方向，其他四指的指向就是導體中感應電動勢的方向）。

導體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉電機里稱為電磁轉矩，轉矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉動。如果此電磁轉矩能夠克服電樞上的阻轉矩（例如由摩擦引起的阻轉矩以及其它負載轉矩），電樞就能按逆時針方向旋轉起來。

直流電機控制原理

對于普通直流電機。其控制方法比較簡單。只需給電機的兩根控制線加上適當的電壓即可使電機轉動起來，電壓越高則電機轉速越高。對于直流電機的速度調節。可以采用改變電壓的方法，也可采用PWM調速方法。PM調速就是使加在直流電機兩端的電壓為方波形式，加在電機兩端的電壓就在VLoad和OV之間不停的跳變，對應的電機電壓波形如圖1所示：

此時加在電機兩端的平均電壓Uo=Th/ （Th+T1）*VLoad，可以通過調整PWM的占空比來改變Th和T1的比值。這樣就可以通過PWM調節加在電機兩端的平均電壓，從而改變電機的轉速。與步進電機類似。不能將單片機的I.O直接與直流電機的引線相接，而要在二者之間增加驅動電路。也可利用L298N電機驅動芯片實現直流電機驅動。

L298N芯片資料

恒壓恒流橋式2A驅動芯片L298N ：L298是SGS公司的產品。比較常見的是15腳Mult iwatt封裝的L298N.內部同樣包含4通道邏輯驅動電路。可以方便的驅動兩個直流電機或一個兩相步進電機。

l298N芯片可以驅動兩個二相電機。也可以驅動一個四相電機。輸出電壓最高可達50V.可以直接通過電原來調節輸出電壓：可以直接用單片機的IO口提供信號：而且電路簡單，使用比較方便。

L298N可接受標準TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4.5一7 V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為+2.5一46 V 輸出電流可達2.5A，可驅動電感性負載。1腳和15腳下管的發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。L298可驅動2個電動機。OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機。本實驗裝置我們選用驅動一臺電動機。5，7，10.12腳接輸入控制電平。控制電機的正反轉。EnA，EnB接控制使能端，控制電機的停轉。表1是L298N功能邏輯圖。

In3.In4的邏輯圖與表1相同。由表1可知EnA為低電平時。輸入電平對電機控制起作用，當EnA為高電平，輸入電平為一高一低。電機正或反轉。同為低電平電機停止。同為高電平電機剎停。

下面是L298N的系統結構圖

用L298N實現控制直流電機正反轉和調速

int in1=13;

int in2=12;

int in3=11;

int in4=10;

//上面定義了板上的4個控制端，12一組，34一組

int speedPinA=6;

int speedPinB=5;

//上面定義了PWM引腳

void setup（）

{

pinMode（in1，OUTPUT）;

pinMode（in2，OUTPUT）;

pinMode（in3，OUTPUT）;

pinMode（in4，OUTPUT）;

//下面程序開始時讓控制端都為高電平，電機保持不動。

digitalWrite（in1，HIGH）;

digitalWrite（in2，HIGH）;

digitalWrite（in3，HIGH）;

digitalWrite（in4，HIGH）;

}

void loop（）

{

//電機正轉

_mRight（in1，in2）;

_mRight（in3，in4）;

//讀入電位器的值，然后通過PWM輸出，控制電機轉速

int n=analogRead（A0）/4;

_mSetSpeed（speedPinA，n）;

_mSetSpeed（speedPinB，n）;

}

void _mRight（int pin1，int pin2）//電機右轉，電機到底是右轉還是左轉取決于電機端的接線和控制腳的順序

{

digitalWrite（pin1，HIGH）;

digitalWrite（pin2，LOW）;

}

void _mLeft（int pin1，int pin2）//同上

{

digitalWrite（pin1，LOW）;

digitalWrite（pin2，HIGH）;

}

void _mStop（int pin1，int pin2）//緊急制動，實際就是將電機兩個端短接了

{

digitalWrite（pin1，HIGH）;

digitalWrite（pin2，HIGH）;

}

void _mSetSpeed（int pinPWM，int SpeedValue）//控制速度，實際上就是斷斷續續的控制298N的使能端，手抖的厲害的可以用個按鈕自己嘗試一下，估計也能實現對電機速度的控制，O（∩_∩）O~

{

analogWrite（pinPWM，SpeedValue）;

}